600 ℃内高温状态花岗岩遇水冷却后力学特性试验研究

 通过对600 ℃内高温状态花岗岩遇水冷却后的力学特性试验研究及花岗岩体遇水热破裂劣化机制的探讨,发现高温状态花岗岩遇水冷却过程中,由于岩体内温度急剧变化,岩体内产生热破裂或热冲击现象,岩体力学性能劣化,从而导致超声波速、单轴抗压强度、抗拉强度及弹性模量随温度逐渐减小。具体表现为：(1) 高温状态花岗岩遇水冷却后超声波速随着经历温度的升高呈负指数函数关系降低;(2) 花岗岩经过高温遇水冷却处理,峰值应力和峰值应变及其单轴抗压强度都受到很大影响;(3) 高温状态遇水冷却处理对花岗岩的抗拉强度影响明显,抗拉强度随温度的变化规律符合负指数函数关系;(4) 高温状态花岗岩遇水冷却后其弹性模量随温度的升高呈负对数规律减小。     

花岗岩岩石力学参数与岩体赋存深度关系的研究

以实际采集的深部岩体试样的岩石力学实验为基础，探讨了花岗岩岩石力学参数随深度变化的基本规律，提出了花岗岩岩石的弹性模量E，抗压强度σC，抗拉强度σt均随岩体赋存深度的增大而增大的观点，给出了花岗岩岩石的弹性模量E，抗压强度σC，抗拉强度σt随岩体赋存深度的增大而增大的数学模型。     

钙质和花岗岩骨料混凝土火灾后的力学性能

<正>葡萄牙科研人员对钙质骨料混凝土和花岗岩骨料混凝土火灾后的力学性能开展了试验研究。主要考虑了荷载大小、冷却方式(空气中自然冷却或喷水冷却)、混凝土经历的最高温度(20~700℃)对试验结果的影响,研究了高温后混凝土的抗压强度、抗拉强度、抗弯强度、弹性模量和泊松比的变化规律。研究结果表明,混凝土经历的温度越高、降温速度越快,高温后混凝土的力学性能降幅越大。     

高温后花岗岩岩爆的真三轴试验研究

利用自主研发的真三轴岩爆试验系统,以200℃~700℃不同高温冷却后和常温25℃下的红色粗晶花岗岩作为岩样,进行岩爆弹射破坏过程模拟物理的试验。在借助高速摄像系统和声发射系统监测岩爆过程的基础上,分析了不同高温作用后岩样的岩爆弹射过程、破坏形态特征、峰值强度、声发射特性、碎块特征以及弹射动能的变化规律。研究结果表明:随着温度的升高,岩样从出现小颗粒弹射到整体弹射破坏的时间间隔逐渐减少;300℃为该类花岗岩高温后单面临空真三轴强度的阀值温度,小于等于300℃时,岩样的峰值强度变化不大,岩样脆性随温度的升高而增大,大于300℃时,岩样的峰值强度呈明显下降趋势,岩样的脆性随温度升高而降低;在岩样压密阶段,声发射撞击数随温度升高而增大,大于300℃时,岩爆发生前夕声发射撞击数显著下降的“平静期”持续时间随温度升高呈增大趋势;25℃~300℃温度范围内,岩爆弹射动能随温度升高明显增大,300℃~700℃高温后,岩爆弹射动能随温度升高显著减小。     

温度和应力循环作用下花岗岩力学特性变化规律试验研究

采用多功能岩石高温三轴试验机,对花岗岩试件进行温度上限为100℃～600℃、应力上限分别为各温度下70%和85%单轴抗压强度的温度和应力循环试验,揭示温度和应力循环过程中花岗岩力学特性的变化规律,研究表明:(1)随循环次数增加,花岗岩弹性模量逐渐增大,每次循环加载的上限应变总体呈减小趋势,与应力上限为70%单轴抗压强度相比,应力上限为85%单轴抗压强度时上限应变的降低程度更大;(2)除600℃外,试件经温度和应力循环作用后的单轴抗压强度都大于对应实时温度下的强度值,其中循环温度上限为300℃时,其强度值增幅最大,在循环应力上限为70%与85%抗压强度条件下,增幅分别达到57.1%和50.9%;(3)经温度和应力循环后,花岗岩试件的强度产生明显变化,而峰值应变与实时温度下的峰值应变相差不大,说明从变形条件研究岩石的稳定性比强度条件研究岩石的稳定性更符合试验规律。研究结果对受温度和应力循环作用的深部岩石工程的稳定性研究有一定的借鉴价值。     

不同温度循环冷却作用后花岗岩巴西劈裂特征及其物理力学特性演化规律研究

干热岩地热开发中,井筒钻进及热储层的热交换都涉及高温岩体受不同程度的冷热循环,导致井筒破裂失稳或热储层破裂程度增加,为了揭示其机制,采用岩石力学试验机并结合声发射监测系统,研究不同温度循环作用后花岗岩的纵波波速及巴西劈裂破坏过程。结果表明:(1)随着温度循环次数的不断增加,2种冷却作用下花岗岩所对应的抗拉强度均逐渐降低,遇水冷却循环作用后花岗岩的抗拉强度要低于自然冷却状态下花岗岩的抗拉强度,且花岗岩在高温高循环次数下的劣化程度较为明显,当温度大于500℃时,花岗岩试样的表观颜色逐渐变为土黄色,试样逐渐由脆性向延性转化。(2)根据温度可以将花岗岩的破坏特征分为3个阶段,在低温阶段(100℃～200℃),试样均沿着巴西圆盘中心线发生破裂;中温阶段(300℃～400℃),试样沿着与直径呈一定角度破裂;高温阶段(500℃～700℃),试样破裂模式复杂,较为破碎。(3)低温阶段时的花岗岩随温度循环的变化其纵波波速、强度特征以及变形均变化较小;当试样处于中、高温度阶段时,随循环次数的增加其强度、波速等各项参数衰减幅度逐渐增大。研究结果可为地热开发中井筒破坏失稳及热储层岩体的破裂模式提供理论参考。     

含水率对层状砂岩劈裂抗拉强度影响研究

为了研究含水率对层状岩体劈裂抗拉强度的影响,特选取层理显著的砂岩为研究对象,考虑5种含水率,进行顺层理弱面的劈裂抗拉强度试验,结合岩样劈裂破坏面的微观形貌特征和能量参数变化规律进行综合分析。研究结果表明:(1)随着含水率的增加,层状砂岩的抗拉强度逐渐减小,总体呈现先陡后缓的降低趋势,在饱水度低于80%左右时,抗拉强度降低幅度明显较大,而后抗拉强度降低趋势逐渐趋于缓慢;(2)岩样劈裂破坏面的高度参数和纹理参数都随着饱水度的增加而逐渐增大,呈先陡后缓的增长趋势,岩样抗拉强度与劈裂面微观形貌参数存在较好的线性相关性;(3)随着含水率的增加,加载过程中岩样吸收的总能量、弹性应变能逐渐减小,呈现与抗拉强度类似变化趋势,弹性应变能占总能量的比值逐渐减小,耗散能占总能量的比值逐渐增大;(4)层理弱面既是层状岩体结构的薄弱面,也是水分吸收和运移的主要空间和通道,含水率增加,首先是影响岩样层理弱面力学性状和孔隙水的分布,改变岩样加载过程中的裂纹扩展规律,进而影响加载过程中的弹性应变能和耗散能的分配比例,从而导致岩样劈裂破坏面形态趋于复杂,抗拉强度降低,水对岩样抗拉强度的影响是一个从微观结构变化导致宏观力学特性劣化的过程。     

实时温度与循环载荷作用下花岗岩单轴力学特性实验研究

采用多功能岩石高温三轴实验机,通过实验对比分析花岗岩在实时温度和循环载荷作用下的单轴应力–应变特性,揭示温度与循环载荷对其力学特性的影响规律,研究表明:(1)实时温度下花岗岩的单轴抗压强度和弹性模量随温度升高总体呈下降趋势。极限应变随温度的变化规律呈"W"型,即25℃～200℃,极限应变随温度升高而降低;200℃～300℃,随温度升高而增大;300℃～500℃,随温度升高而降低;500℃～600℃,随温度升高而升高;(2)经应力循环后其弹性模量普遍提高,但温度不同提高的幅度不同,100℃时提高的幅度最小,400℃时提高的幅度最大,提高值主要发生在第2次应力循环,从第2～50次的应力循环中弹性模量的变化较小;(3)在25℃和600℃,花岗岩经有限的几次循环后便发生破坏,强度较应力循环前有所降低,而在其他温度点,经应力循环后其强度有不同程度的提高;(4)花岗岩在100℃和400℃温度条件下,经过50次应力循环后的极限应变值大于无应力循环的极限应变,其他温度点的变化非常微小。研究结果对涉及温度和循环应力同时作用下岩石类工程稳定性研究具有重要的理论意义和应用价值。     

高温后花岗岩渗透性及其演变规律试验研究

高温处理对于花岗岩渗透性影响显著,高温后花岗岩的渗透性与其经历的温度、所处的应力状态密切相关。采用压力脉冲衰减法,对高温(100℃～600℃)后花岗岩不同应力状态下的渗透率进行试验研究,在此基础上分析花岗岩宏细观物理力学性质随温度的变化规律,以及高温后花岗岩渗透性随体积应力、孔隙压、有效应力的演变规律。研究结果表明:(1)高温处理后花岗岩渗透率随经历温度呈逐渐增大趋势,500℃以内渗透率增加幅度较小,500℃～600℃花岗岩渗透率会发生一个阶跃性变化;(2)相同高温处理后花岗岩的渗透率随体积应力增大呈现减小趋势,且减小幅度在逐渐变小,相同体积应力下,花岗岩的渗透率随着孔隙压增大而增大;(3)高温后花岗岩渗透率与有效应力呈负指数关系,且渗透率随着有效应力的增大而减小;(4)拟合获得了600℃内高温处理后花岗岩渗透率与温度、有效应力的关系式。研究结果可为干热岩地热人工热储建造提供理论依据和技术支持,丰富和发展了高温岩石力学内涵。     

太原晋阳西山大佛岩石动静力学参数的对比研究

运用声波测试方法,结合物理力学试验,研究太原晋阳西山大佛陡崖岩体2个水平钻孔中岩石的质量和风化情况。分析时特别关注岩样的块体密度、动力学和静力学参数在大佛水平进深方向上的分布规律,也研究动静力学参数间的量值关系。研究发现,大佛边坡岩样的组构、动力学和静力学3个方面的参数随钻孔水平进深的变化规律一致,可以反映大佛陡崖岩体在水平进深方向的风化程度变化,在水平进深方向上,岩体的密度、饱和抗压强度与静弹性模量、动弹性模量与波速都随着深度的增加而呈增长趋势;自陡崖表面至水平进深2.5 m左右范围内,岩体风化程度较高,水平进深大于3.0 m,岩体风化程度相对减弱,岩石质量呈稳定上升趋势。2个钻孔的岩石质量存在明显的差异,反映岩性和岩体卸荷带的影响。岩石动弹性模量与弹性波速随水平进深的变化数据表明,动弹性模量对岩体质量的变化反应比弹性波速更灵敏。另外,通过岩石静弹性模量与弹性波速的对比分析发现,岩石的组构情况对岩石动静力学参数间的关系有显著影响,岩石组构的非均匀性会导致岩石动、静力学参数之间对应关系的离散和异常。     

高温后不同冷却方式下自密实混凝土力学性能研究

对54个标准立方体和27个标准棱柱体C40自密实混凝土试件高温后,采用自然冷却和喷水冷却两种方式下的力学性能进行研究,并观察试块的表观特征及测量高温后损失率,结果表明:两种冷却方式下,500℃时混凝土试块的表观特征均发生显著变化;高温后质量损失率和峰值应变随温度升高而增大,弹性模量随温度升高而下降;试块的抗压强度、劈拉...     

温、湿度对粉砂质泥岩单轴力学性能的影响试验

为研究粉砂质泥岩经温、湿度作用后单轴力学性能的变化,开展变温循环试验、浸水试验以及浸水条件下的变温循环试验,得到粉砂质泥岩在不同温、湿度作用下的应力-应变曲线,并分析其单轴力学指标的变化规律。试验结果表明：粉砂质泥岩单轴抗压强度与超声波速呈正相关;天然粉砂质泥岩的峰前应力-应变曲线符合塑-弹-塑性岩石的特征;干燥粉砂质泥岩经历变温循环后,单轴抗压强度、弹性模量及劈裂强度均降低,且其降幅与循环次数、变温方向、温差变幅相关;恒温浸水时,粉砂质泥岩的轴向膨胀率和含水率在初期增长较快,后期逐渐趋于平缓,且单轴抗压强度、弹性模量及劈裂强度均随含水率的增大而降低;温、湿度共同作用于粉砂质泥岩时具有增效作用,作用效果大于温、湿度单独作用效果之和;粉砂质泥岩在单轴受压破坏后,根据其特征可分为六种破坏形态,且不同破坏形态的出现与含水率、拉压比相关。     

高温后花岗岩能量及结构效应研究

利用MTS815电液伺服材料试验系统,研究了花岗岩在25℃～1000℃高温作用后的三轴压缩力学性能,基于D8 ADVANCE 型X射线衍射仪,研究了花岗岩经不同温度加热处理产物的物相特征。结果表明：①经历不同高温作用后,岩样三轴抗压强度、轴向峰值应变与围压呈非线性二次多项式增长关系,破坏应变能与围压呈线性增长关系。②岩样三轴抗压强度、破坏应变能随温度的升高先增大后减小,呈二次抛物线关系,400℃为最大值。③石英、长石、云母三者的最大衍射强度随温度的升高先增大后减小,400℃时达到最大,结合宏观力学试验,可以推断400℃为花岗岩的阀值温度。④石英在573℃发生由石英转变为石英的可逆反应;长石的差热曲线在700℃～900℃出现吸热谷,结构发生了由晶态向非晶态的相转变;在997℃时,云母矿物晶格破坏羟基逸出形成钠长石,这些因素共同作用使得岩样力学性能在400℃之后随着温度的升高而逐渐劣化。     

热冲压球壳Q235钢材高温后力学性能试验研究

为研究热冲压球壳Q235钢材高温后的力学性能,对经历400~900℃高温后由自然冷却和喷水冷却到常温空心球加工制作成的受拉试样进行拉伸试验,得到高温冷却后该材料的应力-应变曲线、弹性模量、屈服强度、抗拉强度和断后伸长率,并与普通Q235钢高温后力学性能进行了对比。研究结果表明：当经历温度不超过500℃时,钢材高温后强度与断后伸长率在两种冷却方式下变化规律基本类似,且变化很小。当经历温度超过500℃后,不同冷却方式对材料高温后强度与断后伸长率产生明显影响,且温度越高,相差越大,自然冷却方式下,随着温度的升高,强度降低而断后伸长率变大。喷水冷却方式下,抗拉强度增大而伸长率减小,屈服强度在500~700℃之间逐渐增大,700℃之后又快速下降。弹性模量受经历温度与冷却方式的影响较小。     

轻质水泥基墙体材料的火灾性能实验研究

利用热线法和液压伺服机,通过轻质水泥基墙体示范材料的现场测试测定火灾作用之后轻质竹纤维墙体的导热系数、残余抗压强度和弹性模量,研究了火灾温度对墙体保温、力学性能的影响。结果表明,温度在350℃时,剩余弹性模量最大,超过400℃之后,剩余弹性模量急剧下降;200℃时,材料的强度开始下降,400℃时,材料强度下降剧烈,600℃左右的高温作用会使材料严重破坏,并损失76%左右的抗压强度;200～350℃时,导热系数短暂下降,温度超过500℃时,少量开口气孔的存在使得材料的导热系数达到最大。     

冻融损伤混凝土力学性能衰减规律

为研究冻融作用对混凝土力学性能的影响,采用快冻法将混凝土盐冻或水冻至不同损伤程度后,测其动弹性模量、抗折强度、抗压强度和劈裂抗拉强度.以动弹性模量为损伤变量,分析了冻融损伤与抗折、抗压强度之间的关系,采用回归分析的方法建立了抗折强度衰减方程.结果表明,混凝土抗压、抗折、劈裂抗拉强度以及动弹性模量均随冻融循环作用次数的增加而逐步降低;抗折、劈裂抗拉强度以及动弹性模量的衰减速率随冻融循环作用次数的增加而不断增大,但抗压强度的衰减速率则是先增大后减小;在冻融循环次数相同的情况下,含气量越高、水灰比越低,混凝土的强度损失越小,其力学性能损失的大小顺序依次为:抗折强度和劈裂抗拉强度、动弹性模量、抗压强度;冻融损伤与抗折强度的相关性较好,但与抗压强度的相关性较差,当冻融损伤小于40%时,混凝土的抗压强度一般不低于其初始强度的70%.     

三轴压缩条件下单裂隙花岗岩破坏特性研究

基于常规三轴压缩室内试验分析不同倾角和张开度的单裂隙花岗岩宏观破坏特性,进一步结合颗粒流离散元分析法,对裂纹扩展、能量转化等规律进行探究,结果表明:裂隙倾角α对岩石力学特性影响显著,随着α增加,弹性模量呈现单调增大趋势,同时三轴抗压强度表现出先减小后增大规律,在约60°时达到最小值;随着裂隙倾角的增加,岩石破坏模式逐渐由拉剪混合破坏向宏观剪切破坏转变;裂隙张开度增大,将导致岩石三轴抗压强度大幅下降,围绕初始预制裂隙形成更宽的破碎带;岩石破坏过程中,裂纹数量整体呈“S”型累积,其突变点与应力 应变曲线的弹、塑性和破坏特征点一致;能量耗散与细观劣化特征具有较好的相关性,岩石结构劣化及失稳破坏本质上是能量储存、耗散、释放的过程。