花岗岩巴西劈裂试验红外热像特征及颗粒流数值模拟研究

发布时间：2019-10-24 21:01

【摘要】：对齐热哈塔尔水电站高地温引水隧洞花岗岩进行了巴西劈裂试验,分析受载过程中红外热像随加载时间的演化特征,同时结合颗粒离散元程序PFC2D研究微观裂纹的扩展规律及能量变化特征。结果表明,花岗岩受载过程中的红外热像特征与应力状态具有明显的对应关系,高温异常带的产生预兆着试样失稳状态的临近。其中张拉破坏模式是花岗岩开裂的主要诱因,破裂过程中能量变化与所处的应力状态联系紧密,反映了花岗岩的细观力学破坏机制。
【图文】：

加载试验,巴西,劈裂,红外热像

目前岩壁所能达到的最高温度，将加热温度设定为８０℃，试样受热均匀后从高温箱内取出，立即采用表面过冷水的方式使高温试样急速冷却，待达到室温后进行巴西圆盘劈裂试验（图１）。图１巴西劈裂加载试验Ｆｉｇ．１Ｂｒａｚｉｌｉａｎｓｐｌｉｔｌｏａｄｉｎｇｔｅｓｔ所有试样均以０．３ＭＰａ／ｓ的加载速率进行试验，将红外热像仪置于加载试样前方１ｍ处，与试验加载同步开始，自动采集红外热像图像，红外热像仪镜头高度与试样加载平面保持一致，记录每组试样的加载数据。所有试验在同一室温下进行，同时在加载过程中禁止人员走动，避免环境因素对花岗岩的红外热像产生干扰，减小试验误差。３加载过程红外热像特征整理花岗岩巴西劈裂试验过程中所采集的红外热像资料，分析圆盘试样中轴线上的红外热像温度平均值变化规律，选取特征最明显的ｂ－２试样作为分析对象。图２给出了花岗岩试样加载过程中的应力和中轴线红外热像平均温度随加载时间的变化曲线，，图２中的图像为曲线Ｏ、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ点五个时刻所对应的红外热像图，结合红外热像图和特征变化曲线，共同分析花岗岩试样加载过程中的红外热像特征。图２应力和红外热像温度随时间变化曲线Ｆｉｇ．２Ｓｔｒｅｓｓａｎｄｉｎｆｒａｒｅｄｔｈｅｒｍｏｇｒａｐｈｙｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｃｈａｎｇｉｎｇｃｕｒｖｅｓｗｉｔｈｔｉｍｅ观察试验曲线，可以将试样的变形破坏分为四个主要阶段：①ＯＡ段（密实阶段）。该阶段花岗岩处于劈裂试验的加载初期，应力曲线呈上凹形，内部孔隙和微裂隙逐渐闭合，局部区域发生微破裂，同时颗粒之间互相摩擦导致能量释放，因此对应的红外热像温度呈缓慢上升趋势。由于加载前需

曲线,红外热像,应力,温度

有试样均以０．３ＭＰａ／ｓ的加载速率进行试验，将红外热像仪置于加载试样前方１ｍ处，与试验加载同步开始，自动采集红外热像图像，红外热像仪镜头高度与试样加载平面保持一致，记录每组试样的加载数据。所有试验在同一室温下进行，同时在加载过程中禁止人员走动，避免环境因素对花岗岩的红外热像产生干扰，减小试验误差。３加载过程红外热像特征整理花岗岩巴西劈裂试验过程中所采集的红外热像资料，分析圆盘试样中轴线上的红外热像温度平均值变化规律，选取特征最明显的ｂ－２试样作为分析对象。图２给出了花岗岩试样加载过程中的应力和中轴线红外热像平均温度随加载时间的变化曲线，图２中的图像为曲线Ｏ、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ点五个时刻所对应的红外热像图，结合红外热像图和特征变化曲线，共同分析花岗岩试样加载过程中的红外热像特征。图２应力和红外热像温度随时间变化曲线Ｆｉｇ．２Ｓｔｒｅｓｓａｎｄｉｎｆｒａｒｅｄｔｈｅｒｍｏｇｒａｐｈｙｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｃｈａｎｇｉｎｇｃｕｒｖｅｓｗｉｔｈｔｉｍｅ观察试验曲线，可以将试样的变形破坏分为四个主要阶段：①ＯＡ段（密实阶段）。该阶段花岗岩处于劈裂试验的加载初期，应力曲线呈上凹形，内部孔隙和微裂隙逐渐闭合，局部区域发生微破裂，同时颗粒之间互相摩擦导致能量释放，因此对应的红外热像温度呈缓慢上升趋势。由于加载前需要使劈裂夹具与试样端部相接触，故在加载开始时试样端部即开始产生明显的应力集中现象，Ｏ时刻的红外图像下端可观察到明显的应力集中现象，试样整体受力较小，红外图像表面红外热像能分布均匀。②ＡＢ段（弹性变形阶段）。该阶段花岗岩的应力应变关系呈线弹性关系，应力曲线
【作者单位】：河北工程大学水电学院;天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室;
【基金】：河北省研究生创新资助项目河北工程大学研究生创新项目
【分类号】：TV223

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