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高温后花岗岩力学性质及微孔隙结构特征研究 总被引：3，自引：1，他引：2
采用MTS815液压伺服试验系统及9310型微孔结构分析仪对花岗岩在温度作用下（常温～1 300 ℃）的宏观力学性质及微孔隙结构特征进行了较为系统的研究。结果表明：①在800 ℃之前,岩样力学性质变化规律不明显;超过800 ℃,岩样强度迅速劣化;达到1 200 ℃,岩样基本失去了承载能力。②岩样孔隙率随温度升高而增大,孔隙率的阀值温度在800 ℃左右,与岩样在该温度点强度突然降低相一致。③岩样孔隙率较小,但连通性好,在阶段进汞曲线上显示为不同宽度微裂隙并存的特征,累计进汞曲线呈台阶状,温度超过800 ℃,超微孔逐渐向微孔隙转化,岩样连通性增强。④岩样孔隙分布分形维数随温度的升高反而降低。在高温作用下,岩样中的热损伤由初始非规则的裂隙结构逐渐向均匀化的孔穴结构转化,非均匀性弱化是导致岩样孔隙分布分形维数降低的根本原因。 相似文献
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《岩土力学》2017,(3):623-630
为了研究高温对细砂岩力学性质的影响,对经历400℃~1000℃高温后细砂岩试样进行X衍射、电镜扫描及单轴压缩试验,分析了高温后试样矿物成分、结构特征及力学参数与温度的相关性。结果表明:高温后细砂岩试样内矿物发生了多晶转变,经历600℃以内高温试样内石英含量随温度升高增加,晶体衍射强度增强,600℃高温试样可观察到明显熔融和重结晶现象,超过600℃高温后试样内石英含量随温度升高降低,晶体衍射强度减弱,裂隙数量增多,裂隙宽度和长度有所增加,裂隙可分沿颗粒边界裂隙和穿过颗粒裂隙,600℃约为主要矿物石英变晶的临界温度;经历400℃~800℃高温后试样的纵波波速与温度呈线性降低;经历600℃以内高温对试样的强度具有强化作用,超过600℃高温后试样强度开始弱化,600℃可作为试样强弱转化的阈值温度;经历400℃高温后试样弹性模量、变形模量随温度升高稍有增加,初始模量和峰值应变基本保持不变。超过600℃高温后试样的变形参数随温度升高有所降低,超过400℃高温后峰值应变随温度升高单调增加,高温对细砂岩试样变形参数的影响较为敏感。 相似文献
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高温花岗岩遇水冷却后物理力学特性试验研究 总被引：1，自引：0，他引：1
《岩土力学》2018,(Z2)
观察500℃内高温花岗岩遇水冷却后的物理力学特性试验研究和SEM图像发现,高温花岗岩遇水冷却后物理力学特性随温度变化规律,揭示其细观机制。结果表明,(1)高温花岗岩遇水冷却后体积随温度升高而膨胀,而质量和密度随温度升高而减小,500℃时体积增加1.32%,质量减小0.21%,密度减小1.51%;(2)纵波波速和横波波速皆随温度升高而降低,且前者降低幅度大于横波波速的,500℃时分别降低64.9%、46.8%;(3)单轴抗压强度和弹性模量随温度呈减小趋势,500℃时分别减小51.9%、58.6%,温度大于300℃时花岗岩表现出明显的塑性特征;(4)温度大于300℃时花岗岩内部微裂纹数目不断增多,尺寸不断增大,并逐步交叉、贯通形成微裂纹网络,导致高温花岗岩遇水冷却后物理力学性质的劣化。 相似文献
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温度是影响岩石物理力学性质的重要因素之一。研究高温对岩石力学性质演变规律及损伤破坏机制的影响,对深部岩体工程具有重要意义。基于PFC颗粒流数值模拟方法,建立了含预制裂纹花岗岩数值模型,模拟了不同温度(20℃,200℃,400℃,600℃,800℃)处理后含预制裂纹花岗岩单轴压缩试验。研究结果表明,含预制裂纹花岗岩的峰值强度和弹性模量随着热处理温度的升高显著降低,而峰值应变呈现增加趋势;不同热处理温度造成的热损伤程度不同,导致预制裂纹花岗岩宏观破坏模式存在差异;热处理温度不超过600℃时,花岗岩均沿着预制裂纹两端发生破坏;当热处理温度达到800℃,热损伤成为花岗岩力学破坏模式的主导因素,且破碎程度显著增加。研究成果有助于了解高温作用下的岩石损伤演化机理,可为深部地下工程提供借鉴。 相似文献
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对南秦岭东江口和柞水岩体的似斑状花岗岩类进行了偏光显微镜观察和电子探针(EPMA)、扫描电镜(SEM)矿物分析,在此基础上对岩体形成的温压条件进行了讨论.结果表明,这两种岩石的主要造岩矿物为石英、斜长石(更-奥长石)、钾长石、镁角闪石和镁质黑云母,副矿物为锆石、榍石、磁铁矿和磷灰石等.岩浆成分的变化可能是矿物环带结构和环斑结构形成的原因之一.东江口和柞水花岗岩类锆石结晶时岩浆温度为759～784℃,平均771℃;稀土元素在岩浆中饱和时岩浆的温度为741～800℃,平均773℃;斜长石结晶时岩浆温度624～641℃,平均632℃;角闪石结晶时岩浆温度610～668℃,平均632℃.岩体侵位深度约5.8km,压力约1.77×108 Pa,具有壳幔混源的特点. 相似文献
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岩体冻融损伤机制为温度降低使岩体中的水发生相变、体积膨胀、产生冻胀力的作用,岩体中的微裂隙在冻胀力的作用下扩展延伸,温度升高时,融化的水进入新的裂隙,冻结成冰再次产生冻胀作用,反复循环使裂隙网络扩展,最终造成岩体的损伤。基于此,从弹塑性力学、断裂力学的角度出发,研究了在冻胀力的作用下单裂隙扩展特性,推导了冻胀力与裂纹扩展长度之间的关系,利用Mori-Tanaka方法建立了岩体宏观损伤量与冻胀力及冻融次数之间的关系式,讨论了岩体弹性模量与冻融次数、冻胀应力以及渗透系数的变化规律,并与试验结果进行了比较分析。结果表明,岩体在冻融循环条件下的弹性模量随冻融次数的增加呈非线性减小;冻胀应力越大,岩体弹性模量衰减越快;岩体的渗透系数越大,弹性模量衰减越慢。 相似文献
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采用核磁共振、电镜扫描、X射线衍射、单轴压缩等试验手段对某砂岩试样不同温度下（25～900 ℃）微观结构及力学性质的变化情况进行研究。研究表明：温度对砂岩试样微观结构具有重要影响，试样总孔隙率随温度的升高而升高，在150 ℃以下，由于中、大孔隙的减少，试样渗透性反而降低；当温度超过600 ℃时，中、大孔隙快速增加，试样渗透性能大幅增加；温度升高导致砂岩试样弹性模量减小、峰值应变增大以及孔隙压密阶段变长，宏观表现为脆性降低、塑性明显增强；热处理条件下，除微观结构的变化会导致砂岩试样力学强度改变外，试样矿物成分对其力学强度也具有十分重要的影响；450 ℃以下，由于矿物成分变化较小，试样力学强度主要受到孔隙度增加的影响，表现为强度随温度升高而降低；450～600 ℃，虽然孔隙率继续增长，但由于主要矿物高岭石发生脱水以及与其他离子形成新相矿物，进而导致试样强度没有随着孔隙增加而降低，反而出现一定的增长；超过600 ℃后，孔隙尤其是大孔隙的急剧增加，导致强度重新开始降低。 相似文献
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岩体内存在有许多直接看不到的隐微裂隙,其微小程度有时可达到只切割一个或半切割一个微小矿物颗粒。这些微小裂隙,直接影响着岩体的力学特性。因此,对岩体力学特性研究,不仅要从宏观上做大型岩体力学试验,也应从微观上将两者结合起来综合分析岩体的力学特性,这样将有利于宏观岩体力学性质指标的选择和工程处理措施的方案选择。笔者取霓石正长岩为试样,进行岩体力学试验。本文试图把宏观试验和微观观察结合起来研究岩体的力学特征。 相似文献
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黑云母的成分特征对指示岩石成因与成矿起着重要的作用,通过电子探针技术对个旧矿集区花岗岩中黑云母矿物化学研究表明,龙岔河斑状花岗岩、马松斑状花岗岩和神仙水等粒花岗岩中的黑云母属于铁质黑云母,白沙冲等粒花岗岩和老卡等粒花岗岩的黑云母属于铁叶云母。龙岔河岩体、马松岩体、神仙水岩体、白沙冲岩体和老卡岩体的黑云母结晶温度分别为679.57～711.46℃,632.83～711.55℃,572.23～661.61℃,450～620℃和500～708℃。各个岩体的固结压力分别为123.30～155.09 MPa,147.92～258.66 MPa,291.81～361.64 MPa,321.21～489.08 MPa和338.19～469.73 MPa,表明个旧矿集区花岗岩属中深成相。相比于其它岩体,神仙水岩体和白沙冲岩体形成于较高氧逸度条件。w(FeO~T)(18.58%～26.91%)、氧化系数(0.390～0.123)和镁质率(0.05～0.54)等特征,表明个旧矿集区花岗岩既有A型花岗岩的特点,也有I型花岗岩的特点。w(MgO)(0.57%～9.27%)表明其岩浆源区有壳幔混源的特点。低氧逸度和高温的花岗质岩浆有利于晚期分异的流体形成锡矿化,马松岩体和老卡岩体与Sn成矿更密切。 相似文献
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高温作用会导致岩石内部结构发生变化,并对其热物理性质产生显著影响,因此,研究高温作用后岩石热物理性质的变化规律对地热系统及存在热流传播问题的地下工程具有指导意义。实验以高温作用后砂岩、灰岩为研究对象,利用热常数分析仪研究了砂岩、灰岩热导率随温度的变化特征,并结合岩石微观结构特性,从矿物受热的微观机理出发,对岩石热导率变化的内在机理进行了初步探讨。结果表明,砂岩热导率可分为25~100℃、100~400℃、400~600℃和600~900℃四个阶段,灰岩热导率可分为25~100℃和100~400℃两个阶段,砂岩、灰岩在25~400℃间由于水分的蒸发热导率整体变化较快,400℃以后矿物发生相变及分解、熔融等物理化学反应,从而微裂缝发育、延伸,并连接形成宏观裂隙,砂岩热导率急剧下降,灰岩内部结构较完整,微裂隙发育较少,热导率基本稳定。 相似文献
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本文采用TAW 2000伺服三轴试验机及声发射检测设备,对高温作用后的花岗岩在25~650℃单轴压缩下的声发射特征进行试验研究,分别分析了高温作用后的花岗岩纵波波速、最大强度及振铃计数随时间的变化规律。研究结果表明:花岗岩的纵波波速和最大强度随着温度的升高而下降,当温度超过500℃时,纵波波速和最大强度下降幅度最大,可见花岗岩的阈值温度为500℃左右。高温作用后的花岗岩在加载过程中始终伴随声发射信号,并且与应力-时间曲线具有较好的对应关系,不同温度作用后的花岗岩声发射活动程度不同,温度越高,声发射活动愈强烈。500℃前花岗岩试样主要以劈裂破坏为主,温度达到500℃,花岗岩试样以剪切破坏为主,高温导致花岗岩试样内部结构发生改变,试样内部的裂纹逐渐发生扩展、贯通,最终发生破坏。 相似文献
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花岗岩力学特性的温度效应试验研究 总被引：9，自引：0，他引：9
通过实时高温（常温～850 ℃）加载和高温（常温～1 200 ℃）后冷却再加载两种情况下的单轴压缩试验,对不同高温下花岗岩的力学性质进行了研究,分析了两种情况下单轴抗压强度、弹性模量、纵波波速、剪切滑移应变等随温度的变化规律,并研究了热-力耦合效应。研究结果表明：（1）在实时高温加载作用下单轴抗压强度和弹性模量随着温度升高而发生连续劣化;（2）高温作用冷却后再加载,花岗岩在常温～600 ℃区间峰值强度变化不大,800 ℃左右岩样强度突然降低;（3）纵波波速随加热温度的升高而逐渐降低;（4）剪切滑移应变在800 ℃之前相对较小,且变化不大,之后便迅速增大,表现出明显的塑性;（5）提出了热-力耦合因子的概念,并借助其提出了一维非线性热-力耦合本构模型,模型曲线和试验曲线较吻合。 相似文献
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高温作用后花岗岩三轴压缩试验研究 总被引：2，自引：0，他引：2
为综合考察温度、围压对花岗岩力学性质及破坏方式的影响,在高温（25℃～1 000 ℃）作用后,利用MTS815.02电液伺服材料试验系统对花岗岩岩样进行不同围压作用下的三轴压缩试验。研究结果表明,（1）围压一定时,经历不同高温作用后花岗岩三轴压缩全应力-应变曲线经历了压密、弹性、屈服、破坏、塑性流动5个阶段;（2）经历不同高温作用后岩样三轴抗压强度与围压呈非线性二次多项式增长关系,围压为40 MPa时的抗压强度比单轴抗压强度提高了382.30%;常规三轴压缩条件下,400 ℃是花岗岩力学参数的阀值温度;（3）经历高温作用后,岩样弹性模量随围压升高呈增大趋势,围压为40 MPa时的弹性模量比单轴时提高了90.26%;随温度升高呈二次非线性减小,1 000 ℃时的弹性模量比25℃时降低了57.16%;（4）花岗岩的失稳型式同时取决于围压和温度。单轴压缩状态下,随着温度的升高,岩样变形破坏型式由脆性破裂向塑性变形过渡,失稳型式在低温时为突发失稳、中高温为准突发失稳,温度高于800 ℃为渐进破坏;三轴压缩状态下,随着围压的增大,岩样破裂型式由脆性张拉破裂逐渐向剪切破裂过渡,岩样的失稳型式以突发失稳为主。在试验温压范围内,影响花岗岩力学性质的首要因素是温度,其次是围压。 相似文献
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砂岩受到高温影响后,宏细观性质会发生不同程度的变化,400 ℃ 和1 000 ℃ 是砂岩宏细观性质变化的两个重要节点。为进一步研究升温速率对高温砂岩物理性质、力学特性以及内部微观破裂的影响,以350 ℃和 950 ℃为目标温度,开展了不同升温速率下砂岩的单轴压缩试验,单轴压缩全程采用声发射监测,采用扫描电镜分析了砂岩破坏后的细观形貌。研究结果表明：经不同升温速率处理后,350 ℃砂岩的质量、体积、密度以及纵波波速变化较小;950 ℃砂岩的质量、密度及纵波波速显著降低,体积明显增大,且升温速率越高变化率越小。350 ℃砂岩的应力−应变曲线、应力−体积应变曲线、抗压强度及弹性模量受升温速率的影响较小;950 ℃ 下砂岩试样应力−应变曲线随升温速率的增加向上偏移,抗压强度和弹性模量则先增加后达到恒定。350 ℃ 及 950 ℃砂岩的声发射振铃累计数都有随升温速率增大而减小的趋势,950 ℃ 下升温速率为1 ℃/min 时砂岩的振铃累计数最大,突发性声发射活动区域最多。对不同升温速率砂岩进行扫描电镜分析发现,升温速率对350 ℃ 砂岩的微观形貌影响较小,950
℃ 砂岩试件则会随着升温速率的下降出现微裂纹和微孔隙数量增多、体积扩大的情况。 相似文献
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为探究注采参数对松辽盆地干热岩物理力学及波动特征的影响，对不同注采参数下高温遇水冷却后花岗岩进行纵、横波波速测试试验和抗压强度试验。分别考虑注采参数（岩样温度、水温、高温遇水循环次数） 与岩样物理力学特征（外观形态、峰值强度、弹性模量、泊松比）、波动特征（纵、横波波速） 的关联性，建立不同注采参数下力学特征与波动特征拟合曲线，并研究搁置过程中不同岩样温度、不同水温条件下岩体物理力学及波动特征变化规律。研究发现：（1） 搁置初期，岩样温度越高，质量、纵、横波波速、弹性模量降幅越大；水温升高，质量、纵、横波波速、弹性模量降幅先增大后减小。（2） 对采热过程中岩体物理力学及波动特征影响由大到小的注采参数依次为靶区温度、注水循环次数、注水温度。提升岩样温度、增加注水循环次数，岩样力学与波动特征均逐渐下降，提高注水温度变化规律与其相反；经历600℃高温，岩样纵波波速、横波波速、峰值强度、弹性模量降幅分别达到53.44%、58.02%、66.56%、79.84%，高温遇水循环5 次
后降幅依次达到33.61%、33.63%、34.22%、56%。（3） 影响岩样力学与波动特征关联性的注采参数由大到小依次为岩样温度、高温遇水循环次数、水温。此研究能够为松辽盆地热采注采参数的选取提供一定参考。 相似文献
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不同温度条件下饱水风化花岗岩强度及变形特性分析 总被引：3，自引：3，他引：0
为研究温度和围压对风化花岗岩抗压强度、 剪切强度参数及变形特性的影响规律， 以新疆天山某一矿区的风化花岗岩为研究对象， 对不同温度（15、 -5、 -15 ℃）、 不同围压（0、 4、 7、 10 MPa）条件下的饱水风化花岗岩进行单轴和三轴压缩试验。结果表明： 相同温度条件下， 围压在0 ~ 10 MPa变化时， 风化花岗岩三轴抗压强度随围压线性增大。在相同围压下， 抗压强度随温度的降低而明显提高， 风化花岗岩的黏聚力c随温度降低而增大， 内摩擦角φ随温度的降低呈增长趋势。弹性模量随围压的增大不断提高， 但随着温度的降低， 增长幅度逐渐减小。泊松比也随温度降低和围压的增加呈增大趋势。温度和围压对风化花岗岩试样的破坏形态影响机制不同。温度降低使矿物颗粒及内部的微裂纹和间隙收缩， 进而胶结强度增大； 荷载和围压的增大会使岩石内部形成微裂隙并逐渐贯通， 同时孔隙冰破碎裂隙充分接触， 进一步增加摩擦力提高岩石强度。 相似文献
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为综合考虑温度、加载速率两个因素对花岗岩力学性质及破坏方式的影响,在实时高温（25～1 000 ℃）作用下利用MTS810电液伺服材料试验系统对岩样进行不同加载速率作用下的单轴压缩试验。研究结果表明：（1）各个温度点,岩样单轴压缩应力-应变曲线大致经历了压密、弹性、屈服、破坏4个阶段。岩样峰后曲线在加载速率为0.001～0.01 mm/s出现台阶型分段跌落状,在加载速率为0.01～0.1 mm/s呈现光滑、陡峭的连续曲线。（2）岩样峰值强度、弹性模量随温度的升高可分为4个阶段：25～200 ℃区间为缓慢上升段;200～600 ℃区间为快速下降段;600～800 ℃区间为缓慢上升段;800～ 1 000 ℃区间为平缓下降段。1 000 ℃时的峰值强度和弹性模量相对于25 ℃时分别降低了53.47%和64.34 %。峰值应变与温度呈现三次多项式拟合关系。（3）岩样峰值强度、弹性模量与加载速率对数均呈现二次多项式增长关系,加载速率为0.1 mm/s时的峰值强度和弹性模量相对于0.001 mm/s时分别提高了38.82%和37.22%。岩样峰值应变与加载速率没有明显的对应关系。（4）单轴压缩状态下,随着温度的升高,花岗岩变形破坏形式由拉剪破裂向锥形破裂并伴随向碎性流动过渡,失稳型式由突发失稳向渐进破坏过渡。同一温度状态下,加载速率对岩样的破裂形式没有明显影响,但失稳型式发生了变化。 相似文献
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为了研究二氧化碳基增强型地热系统核心及邻近区域中超临界二氧化碳(ScCO2)作用对岩石力学性能的影响,设计了纯ScCO2与干燥花岗岩作用,ScCO2、水蒸气与干燥花岗岩作用,ScCO2与在水中浸泡了24 h后的花岗岩作用3种试验条件,每种试验条件下均开展了210、240、270℃温度下的试验。对ScCO2作用后的岩样以及一个未经处理的对比样先后开展纵波波速测试以及单轴压缩试验,获得了岩石的纵波波速、单轴抗压强度以及弹性模量。纵波波速试验结果表明,在上述3种试验条件下,花岗岩样的波速会都会发生一定程度的降低。单轴压缩试验结果表明,ScCO2作用后的岩石单轴抗压强度及弹性模量都几乎没有受到影响,但是从破坏模式看,未经处理的岩石以张拉破坏为主,处理后的岩石以剪切破坏为主,并且随着温度的升高剪切破坏越明显。试验结果说明,在不存在水或者仅有微量水存在的情况下,ScCO2的作用对岩石产生轻微损伤,岩样的刚性减弱、塑性增强,导致其纵波波速有少量的下... 相似文献
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地应力与岩石弹性模量关系试验研究 总被引：4，自引：0，他引：4
在北京某深孔原岩应力测量和原岩应力测量段同等深度单轴及不同围压下的三轴岩石力学试验的基础上,结合统计的钻孔岩体结构参数,分析了原岩应力测量段深度处修正前、后的岩石弹性模量,进而探讨了地应力与岩石弹性模量间关系。结果表明,在花岗岩中,主应力大小与修正前、后的岩石弹性模量间均呈正相关关系,而在灰岩中,主应力大小与修正前、后岩石弹性模量间的关系不明确,需要进一步研究;在花岗岩中,主应力大小与修正后的岩石弹性模量间的相关性系数高于主应力大小与修正前的岩石弹性模量间的相关性系数;各向同性高的岩体（如花岗岩）,实测地应力大小与岩石力学试验结果相关性好,而各向异性大的岩体（如沉积岩）,实测地应力大小与岩石力学试验结果相关性较差 相似文献
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岩石工程可能会经受高温环境。岩石高温后冷却方式的不同往往会导致岩石物理力学性质产生重大变化，这对岩石工程的稳定性、渗透性等都会产生重要影响。采用核磁共振（MRI）、电镜扫描（SEM）和单轴压缩试验对100、300、500、600、800 ℃ 5种不同温度砂岩经两种不同冷却方式（自然冷却和水中冷却）后的孔隙率、孔径分布、峰值强度、峰值应变、应力-应变关系以及微观结构变化等进行研究。试验结果表明：自然冷却时，高温砂岩强度并非随温度升高而持续降低，而水冷却会导致砂岩强度持续降低，且降低幅度远超自然冷却；500 ℃可以看作不同冷却方式对砂岩孔隙率影响的临界值，超过500 ℃，水冷却方式会导致孔隙率急剧增长，大孔径（Ф 10 μm）孔隙所占比例也高于自然冷却，因此，高温砂岩工程采用水冷却方式（如隧道着火后用水灭火）要充分考虑由此可能带来渗透危害；SEM测试表明，当温度 500 ℃时，水冷却对裂纹的增宽和扩展产生促进作用；当温度达到800 ℃时，水冷却砂岩孔洞变大，裂隙更加发育，并贯通连成网络，这会导致透水性大幅提高，同时，这也是该温度水冷却导致强度急剧降低的原因之一。 相似文献