高溫下巖石的宏細觀特性試驗研究.pdf

1、深部地下資源的開采、核廢料的地層深埋儲存以及巖石的地下工程災后重建等工程所處的地質(zhì)環(huán)境,均可能經(jīng)歷一定程度的高溫,因此,巖石受高溫影響其強度、變形等特征的變化規(guī)律,將直接關系著工程設計、施工、維護和長期安全性。
　　本文通過先進的實驗設備及測試技術,對高溫作用下巖石的力學參量、聲發(fā)射特性及細觀結構形態(tài)進行了詳細的研究,并應用擾動狀態(tài)概念理論探討了高溫下巖石的本構關系。其主要研究工作如下:
　　(1)利用 MTS815及帶高溫

2、環(huán)境爐的 MTS810材料試驗機對山東臨沂花崗巖在20℃~800℃下的力學性質(zhì)進行了試驗研究,分析了實時高溫下及高溫作用冷卻后花崗巖的抗壓強度、變形、彈性模量、應力-應變曲線等的變化規(guī)律,以及臨沂花崗巖在高溫單軸壓縮下的破壞形態(tài)和原因。
　　(2)利用MTS810材料試驗機及AE21C聲發(fā)射檢測儀對山東臨沂花崗巖在20℃~800℃受壓下的聲發(fā)射特性進行試驗研究,詳細分析了升溫過程中花崗巖聲發(fā)射計數(shù)率隨時間的變化規(guī)律以及高溫加載過程

3、中其聲發(fā)射特征參量與應力-應變曲線之間的關系。
　　(3)利用德國LEICA DM4500P智能數(shù)字式自動偏光顯微鏡進行了高溫下花崗巖和大理巖的實時細觀觀測試驗,從細觀層次分析了高溫作用下巖石內(nèi)部結構形態(tài)的變化規(guī)律,探討了高溫下巖石的峰值應力、聲發(fā)射特征與其細觀形態(tài)的關系。
　　(4)基于擾動狀態(tài)概念理論,考慮溫度因子的影響,對常溫單軸壓縮下巖石的擾動狀態(tài)本構模型進行了改進,建立了高溫壓縮條件下巖石的擾動狀態(tài)概念本構模型。<

4、br>　　通過上述研究,取得如下研究成果:
　　(1)高溫下花崗巖的單軸抗壓強度和彈性模量隨溫度升高而降低,而總體上峰值應變呈上升趨勢;高溫后隨溫度的升高花崗巖的力學指標也有明顯下降,但總體上優(yōu)于高溫下;800℃前花崗巖巖樣的破壞模式主要呈脆性破壞,未出現(xiàn)強烈的塑性破壞。
　　(2)升溫及加載過程中,花崗巖的聲發(fā)射振鈴計數(shù)率隨著溫度升高而增大,聲發(fā)射活動變得更為頻繁;巖樣在400℃~800℃高溫后與高溫下的聲發(fā)射參量有較大差

5、別,高溫后的聲發(fā)射參量明顯低于高溫下;各溫度段高溫下花崗巖的聲發(fā)射振鈴累計數(shù)都要高于高溫后。
　　(3)加溫過程中隨溫度升高,巖石內(nèi)部形成的微裂紋和微空隙越多,其內(nèi)部的損傷越嚴重;大理巖和花崗巖受高溫作用下其細觀結構形態(tài)的變化有所不同,主要體現(xiàn)在不同溫度下裂紋萌生及擴展速度的不同;巖石的力學特性及聲發(fā)射特征與巖樣內(nèi)部裂紋網(wǎng)絡的形成具有對應的關系,裂紋擴展緩慢則峰值應力曲線和振鈴累計數(shù)曲線走勢平穩(wěn),裂紋網(wǎng)絡急劇擴展則峰值應力曲線和振