花岗岩热冲击前后导热性能与特征对比试验研究

热冲击破裂对花岗岩的热物理性质造成了很大影响。为了探明热冲击对花岗岩的导热性能、导热特征的影响,对热冲击处理前后的花岗岩在传导加热条件下的温度场、温度梯度场进行试验测定。研究结果标明:(1)冲击热应力破坏了花岗岩矿物颗粒之间的结合状态,导致花岗岩固体骨架发生破裂,形成大量热冲击裂纹,最终导致花岗岩导热性能变差、导热特征异常;(2)热冲击破裂产生的裂纹对温度、温度梯度的分布有很大影响,且温度、温度梯度的分布与裂纹产生的位置具有高度相关性;(3)传导加热下花岗岩的升温过程可按照升温速率分为快速升温、缓慢升温、稳定3个阶段。(4)热冲击后花岗岩在传导加热过程中温度梯度到达峰值、稳定值的时间均受到热冲击前的用时长。热冲击对花岗岩导热性能的影响的研究促进了岩石热破坏理论的进一步发展。     

热冲击下花岗岩的细观变化规律

为了分析花岗岩在热冲击作用下的细观破坏特征及孔隙率变化规律,基于太原理工大学原位改性采矿实验室研发的热冲击试验平台对花岗岩进行不同温度的热冲击试验,采用高精度显微CT扫描系统对热冲击后的花岗岩进行扫描,并利用自制的CT图像分析系统对扫描得到的图层作二值化处理,然后进行三维重建,最终得到花岗岩立方体的数字模型。通过从数字模型提取其孔隙、裂隙的图像,同时计算不同温度热冲击下花岗岩的孔隙率,从而得到花岗岩的热冲击破坏规律。研究结果表明,花岗岩的热冲击作用随加热温度升高而明显变化,随着加热温度的升高,花岗岩表面裂隙逐渐发育,孔隙率变大;花岗岩热冲击破坏的温度阈值为400℃,当花岗岩试件热冲击温度为300℃时,岩芯内部孔隙有所增加,但孔隙并未连通形成裂隙;当热冲击温度为400℃时,岩芯内孔隙明显增大,并开始出现裂隙;当热冲击温度为500℃时,孔隙开始贯通形成裂隙,并急剧发育。此外,研究还发现,热冲击作用下,花岗岩在热破裂过程中发生不均匀热破裂,且破坏首先发生在岩石的表面。     

石灰岩热冲击破裂二维分形参数演化规律研究

为探究石灰岩热冲击破裂二维分形参数演化规律,应用高分辨X射线三维CT检测系统对经过不同温度热冲击试验处理的标准石灰岩试件进行观测,结合图像处理软件统计并计算石灰岩二维分形参数,对石灰岩热冲击破裂后的二维分形参数演化规律进行研究。结果表明：高温石灰岩在20℃水中热冲击冷却时,随着温度由200℃升至600℃,二维分形维数D单调递增,且D在200℃～400℃上升幅度小于400℃～600℃阶段。对于裂隙强随机分布的石灰岩,引入裂隙发育指数K,并得到在20℃水中热冲击下K关于石灰岩温度T的拟合关系式;400℃石灰岩在不同温度水中热冲击破裂,随着水温由20℃升至100℃,任意方向的二维分形维数逐渐减小,且具有方向差异性;400℃石灰岩在不同温度水中热冲击破裂,裂隙面三维分形容量维数与二维分形维数演变规律一致,且两者具有高度拟合的线性关系。研究结果可以丰富和发展高温岩石力学理论。