冷热循环后变角度裂隙花岗岩损伤力学行为研究
发布时间：2021-07-13 09:19
随着社会经济的不断发展,人类工程活动逐步向深部地下拓展,在地温梯度的作用下,各类岩石工程所面临的温度越来越高,有些岩石工程还将面临频繁的冷热循环作用。考虑到岩石材料的地质成因或某些工程的特殊需求,其内部不可避免的存在节理、裂隙等缺陷。冷热循环后含缺陷岩石的物理力学性质将与自然状态下完整岩石存在很大的差异,其损伤演化特征将直接影响整个岩石工程的稳定性。基于这一背景,本文综合采用实验室实验、理论分析以及数值模拟的手段,对冷热循环后变角度裂隙花岗岩的损伤力学行为进行了研究。主要取得以下研究成果:（1）借助MXQ1700箱式气氛炉、高精度电子秤、电子游标卡尺、圆柱形真空饱和容器、HC-U81超声波监测仪、Hot Disk热常数分析仪,得到了冷热循环次数对花岗岩直径、高度、体积、饱水质量、干质量、密度、孔隙度、纵波速度、导热系数以及热扩散系数等物理参数的影响规律;借助MTS816电液伺服岩石力学实验系统,得到了冷热循环次数及预制裂隙倾角对花岗岩全应力应变曲线、单轴抗压强度、起裂应力、损伤应力、弹性模量、变形模量以及峰值应变的影响规律。（2）利用X射线衍射仪及扫描电子显微镜（SEM）,得到了冷热循...
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：115 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
技术路线图
2冷热循环后变角度裂隙花岗岩的物理力学特征13裂隙的方法主要有三点弯法、水刀切割法、线切割法等。考虑到预制裂隙的位置及尺寸等因素，本文采用线切割法来加工裂隙，其流程如下：首先通过电动钻机在试样侧表面的中心处钻一个直径为2mm的圆孔，其轴线方向与岩样的轴线方向相垂直，然后通过金刚砂线锯，沿设定的角度左右对称的加工出宽度为1mm、总长为20mm的贯穿裂隙，其中裂隙倾角规定为裂隙面的法线方向与试样轴线方向的夹角。本次实验共设置5个不同的角度，分别为0°、30°、45°、60°、90°，图2-1为完整及含预制裂隙的花岗岩试样图（共60块）。图2-1完整及含预制裂隙花岗岩Figure2-1Completeandfracturedgranite2.1.2实验设备简介为了达到本章实验研究的目的，需要借助大量的实验设备，下面给出的是一些主要实验设备的简要介绍（其实物图随后在相应的位置给出）。（1）MXQ1700箱式气氛炉：该设备被用来加热花岗岩试样，其额定功率为7KW、额定电压为220V、最高加热温度达1600℃、工作尺寸为12L，在加热过程中该设备通过模糊PID控制和自整定调节功能进行温度控制，温控精度能达到±1℃。（2）圆柱形真空饱和容器：该设备是用来给试样抽真空的，其尺寸为Φ200mm×400mm，内部所能达到的最低压力为-1MPa。（3）HC-U81超声波监测仪：该设备被用来测量裂隙花岗岩的纵波速度，其触发方式为自动触发、采样周期为0.1μs~2.0μs、信号接收灵敏度≤10μV，声时测读精度为0.1μs，能够满足本次实验的测试精度要求。（4）HotDisk热常数分析仪：该设备是基于瞬变平面热源法来测量试样的导热系数（ThermalConductivity）及热扩散系数（ThermalDiffusivity）的，其主要组成部分包括一个独特的自加热探头和一个特别的电子数据采集系统。采用该设备
?吮Ｖな匝?谕馕露染?已达到设定的最高温度且分布均匀，将加热到最高温度后的试样在加热箱内恒温2h，恒温结束后将试样取出并迅速放入容积为50L的冷水中，在冷却过程中不断的搅拌冷水，同时通过热电偶每隔2分钟测量一次试样表面的温度，为了保证试样内部也完全冷却至室温，当其表面温度趋于稳定后，仍使其置于冷水中浸泡1h，然后将试样取出并擦干其表面的水分，以备后续实验使用。本次实验将循环次数分别设置为0次（即初始状态）、1次、5次、10次、20次，下图给出的分别是冷热循环方案图、高温加热图以及水冷却处理图。图2-2冷热循环方案Figure2-2Experimentalschemeofthermocycling
【参考文献】：
期刊论文
[1]大理岩特征应力的加载速率效应研究[J]. 朱俊,邓建辉,黄弈茗,刘涛,马元军. 哈尔滨工业大学学报. 2020(02)
[2]北山花岗岩三轴压缩下声发射特征及损伤演化规律研究[J]. 孙雪,李二兵,段建立,濮仕坤,谭跃虎,韩阳,赵昱乔. 岩石力学与工程学报. 2018(S2)
[3]矿物组分分布对花岗岩力学性质影响的PFC模拟分析[J]. 陈世江,郭国潇,肖永健. 中国钨业. 2018(04)
[4]PFC2D模拟裂隙岩石裂纹扩展特征的研究现状[J]. 陈鹏宇. 工程地质学报. 2018(02)
[5]带预制裂隙岩石单轴压缩破裂特征颗粒流模拟[J]. 邓清海,胡善祥,薛永强,耿许可. 水电能源科学. 2017(11)
[6]高温下岩石损伤本构模型研究[J]. 徐银花,徐小丽. 广西大学学报(自然科学版). 2017(01)
[7]单轴压缩下不同裂隙张开度岩石破坏数值模拟[J]. 牛江瑞,黄昆,姚池,杨建华. 人民长江. 2016(22)
[8]基于岩石统一能量屈服准则的硬岩损伤模型[J]. 周辉,李震,朱国金,李云,卢景景,张冬冬. 岩土力学. 2016(03)
[9]闭合与非闭合裂隙岩石单轴压缩的颗粒流细观分析[J]. 刘华伟,杨晨. 水电能源科学. 2016(01)
[10]单一闭合中心裂隙对岩石单轴压缩破坏特征的影响[J]. 陈秀云. 长江科学院院报. 2015(09)
本文编号：3281797
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：115 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
技术路线图
2冷热循环后变角度裂隙花岗岩的物理力学特征13裂隙的方法主要有三点弯法、水刀切割法、线切割法等。考虑到预制裂隙的位置及尺寸等因素，本文采用线切割法来加工裂隙，其流程如下：首先通过电动钻机在试样侧表面的中心处钻一个直径为2mm的圆孔，其轴线方向与岩样的轴线方向相垂直，然后通过金刚砂线锯，沿设定的角度左右对称的加工出宽度为1mm、总长为20mm的贯穿裂隙，其中裂隙倾角规定为裂隙面的法线方向与试样轴线方向的夹角。本次实验共设置5个不同的角度，分别为0°、30°、45°、60°、90°，图2-1为完整及含预制裂隙的花岗岩试样图（共60块）。图2-1完整及含预制裂隙花岗岩Figure2-1Completeandfracturedgranite2.1.2实验设备简介为了达到本章实验研究的目的，需要借助大量的实验设备，下面给出的是一些主要实验设备的简要介绍（其实物图随后在相应的位置给出）。（1）MXQ1700箱式气氛炉：该设备被用来加热花岗岩试样，其额定功率为7KW、额定电压为220V、最高加热温度达1600℃、工作尺寸为12L，在加热过程中该设备通过模糊PID控制和自整定调节功能进行温度控制，温控精度能达到±1℃。（2）圆柱形真空饱和容器：该设备是用来给试样抽真空的，其尺寸为Φ200mm×400mm，内部所能达到的最低压力为-1MPa。（3）HC-U81超声波监测仪：该设备被用来测量裂隙花岗岩的纵波速度，其触发方式为自动触发、采样周期为0.1μs~2.0μs、信号接收灵敏度≤10μV，声时测读精度为0.1μs，能够满足本次实验的测试精度要求。（4）HotDisk热常数分析仪：该设备是基于瞬变平面热源法来测量试样的导热系数（ThermalConductivity）及热扩散系数（ThermalDiffusivity）的，其主要组成部分包括一个独特的自加热探头和一个特别的电子数据采集系统。采用该设备
?吮Ｖな匝?谕馕露染?已达到设定的最高温度且分布均匀，将加热到最高温度后的试样在加热箱内恒温2h，恒温结束后将试样取出并迅速放入容积为50L的冷水中，在冷却过程中不断的搅拌冷水，同时通过热电偶每隔2分钟测量一次试样表面的温度，为了保证试样内部也完全冷却至室温，当其表面温度趋于稳定后，仍使其置于冷水中浸泡1h，然后将试样取出并擦干其表面的水分，以备后续实验使用。本次实验将循环次数分别设置为0次（即初始状态）、1次、5次、10次、20次，下图给出的分别是冷热循环方案图、高温加热图以及水冷却处理图。图2-2冷热循环方案Figure2-2Experimentalschemeofthermocycling
【参考文献】：
期刊论文
[1]大理岩特征应力的加载速率效应研究[J]. 朱俊,邓建辉,黄弈茗,刘涛,马元军. 哈尔滨工业大学学报. 2020(02)
[2]北山花岗岩三轴压缩下声发射特征及损伤演化规律研究[J]. 孙雪,李二兵,段建立,濮仕坤,谭跃虎,韩阳,赵昱乔. 岩石力学与工程学报. 2018(S2)
[3]矿物组分分布对花岗岩力学性质影响的PFC模拟分析[J]. 陈世江,郭国潇,肖永健. 中国钨业. 2018(04)
[4]PFC2D模拟裂隙岩石裂纹扩展特征的研究现状[J]. 陈鹏宇. 工程地质学报. 2018(02)
[5]带预制裂隙岩石单轴压缩破裂特征颗粒流模拟[J]. 邓清海,胡善祥,薛永强,耿许可. 水电能源科学. 2017(11)
[6]高温下岩石损伤本构模型研究[J]. 徐银花,徐小丽. 广西大学学报(自然科学版). 2017(01)
[7]单轴压缩下不同裂隙张开度岩石破坏数值模拟[J]. 牛江瑞,黄昆,姚池,杨建华. 人民长江. 2016(22)
[8]基于岩石统一能量屈服准则的硬岩损伤模型[J]. 周辉,李震,朱国金,李云,卢景景,张冬冬. 岩土力学. 2016(03)
[9]闭合与非闭合裂隙岩石单轴压缩的颗粒流细观分析[J]. 刘华伟,杨晨. 水电能源科学. 2016(01)
[10]单一闭合中心裂隙对岩石单轴压缩破坏特征的影响[J]. 陈秀云. 长江科学院院报. 2015(09)
本文编号：3281797
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