论文部分内容阅读
以涉及到岩石冷热交替问题的地下工程为研究背景,采用花岗岩和花岗闪长岩为例进行了岩石物理力学试验,研究了不同温度和循环次数作用后岩石物理力学性质变化,建立了岩石物理力学性质随温度和循环次数变化的物理模型,分析了热导率-纵波波速、峰值应变-纵波波速、抗拉强度-热导率等参数之间随温度或循环次数的相关性,最后采用数值计算的方法对花岗闪长岩在水中快速冷却过程中温度场分布进行了分析。本文的研究成果为地热开发或隧道火灾施救过程中可能遇到的问题提供理论和试验支撑。论文得到了以下主要成果:(1)本文首次对花岗岩和花岗闪长岩进行了系统地冷热循环试验研究,温度范围100~700oC、循环次数范围1~20次;并系统分析了热导率、纵波波速、孔隙度、单轴抗压强度、抗拉强度等物理力学参数的相关性和典型参数随温度和循环次数变化的演化规律;发现花岗岩和花岗闪长岩的温度和循环次数阈值分别为450~500oC、3~5次。(2)花岗岩和花岗闪长岩物理力学性质随温度的变化规律为:绿-红分量、黄-蓝分量、孔隙度、压密阶段最大应变、峰值应变随温度的升高而增大;纵波波速、热导率、振铃总数、压密阶段最大应力、峰值应力、弹性模量、抗拉强度、普氏系数随温度的升高而降低。(3)花岗岩和花岗闪长岩物理力学性质随循环次数的变化规律为:压密阶段最大应变、压密阶段最大应力随循环次数的增加略微增大;纵波波速、热导率、振铃总数、弹性模量、峰值应力、抗拉强度随循环次数的增加而减小;孔隙度随循环次数的变化在不同温度作用下具有不同的变化规律;纵波波速、热导率、抗拉强度随循环次数的减小速率依赖于温度的高低。(4)分别建立了花岗岩和花岗闪长岩在升温和快速降温过程中由于膨胀或收缩引起的应力-膨胀率关系,分析了两种岩石冷热循环损伤机理;在升温过程中,温度超过400oC导致岩石内部规模性损伤;在快速降温过程中,温度低于300oC下石英的收缩应力便可以使岩石内部规模性损伤;计算结果与试验结果一致。