【摘 要】
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近年来,随着深部资源开采、地热能源开发、高放射性核废料深地层处置等国家级重大工程的开展,岩石在经受高温后动态力学特性变化问题成为诸多学者研究的热点。然而,当前国内外大部分研究成果却很少结合岩石的动荷载冲击作用以及微观形貌变化来分析它的损伤和破坏特征。为此,本文对高温后的青砂岩试样开展超声波试验、霍普金森（SHPB）试验以及SEM扫描试验,分析了青砂岩损伤变量、动态力学性质以及断口形貌特征随温度以及
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近年来,随着深部资源开采、地热能源开发、高放射性核废料深地层处置等国家级重大工程的开展,岩石在经受高温后动态力学特性变化问题成为诸多学者研究的热点。然而,当前国内外大部分研究成果却很少结合岩石的动荷载冲击作用以及微观形貌变化来分析它的损伤和破坏特征。为此,本文对高温后的青砂岩试样开展超声波试验、霍普金森（SHPB）试验以及SEM扫描试验,分析了青砂岩损伤变量、动态力学性质以及断口形貌特征随温度以及冲击荷载的变化,得到了高温后青砂岩的动态损伤和破坏规律。主要研究成果和结论如下:（1）采用超声波试验,测量了不同温度处理后青砂岩试样的纵波波速及密度,分析得到了温度对试样弹性模量和损伤变量的影响规律:随着加热温度的升高,青砂岩试样的平均密度、平均波速、平均弹性模量均呈现出减小的趋势;而试样的损伤量则呈现出逐渐增大的趋势;并且在600℃高温作用后达到损伤的阈值,此后,随着温度的再次升高,青砂岩损伤量虽继续增大,但其损伤增长的趋势逐渐变缓。（2）利用霍普金森（SHPB）设备,开展了不同高温处理后青砂岩试样的动态力学性能测试,得到试样相关的应力-应变曲线,温度和冲击气压对试样的峰值应力、峰值应变以及破坏程度的影响:在高温和冲击荷载作用下,青砂岩试样应力-应变曲线的变化模式基本相同,整个过程可以分为压密阶段、弹性阶段、屈服阶段和破坏阶段;青砂岩试样的峰值应力随温度的升高而呈下降趋势,在600℃～1000℃区间范围内,峰值应力下降趋势最快。温度和冲击荷载的大小均对青砂岩动态力学性质产生较大的影响,随着温度和冲击荷载的提高,试样破坏的程度也逐渐增大。（3）采用SEM（扫描电镜）试验,观察了不同高温后经过不同冲击荷载的青砂岩试样破坏后断口形貌特征,研究和分析了细观层面青砂岩破坏机制:高温后青砂岩在冲击荷载作用下青砂岩断口形貌可以分为解理断口和沿晶断口两类,其中解理断口又可细分为河流花样、台阶花样、舌状花样和二次裂纹等。在400℃以下时,青砂岩内部主要以吸附水和层间水的脱离和一定程度黏土矿物热膨胀为主,水的脱离导致试样内部失去部分承载结构,黏土矿物的热膨胀造成了试样内部出现部分微裂隙,两者共同造成试样强度的降低,但降低的幅度不显著;在600℃以上时,青砂岩试样内部主要以黏土矿物热膨胀、结构脱水、重结晶和相变为主,试样内部产生大量的次生裂隙,整体劣化严重,承载能力下降显著。（4）结合试件破坏时相关物理参数和对试件断口的观测和分析,探讨了冲击荷载大小和温度对岩石内部的内聚力、胶结物和矿物颗粒破坏程度的影响规律:随着温度的升高,青砂岩胶结物和颗粒可能会因相变而产生联结作用,导致青砂岩内聚力在某种程度上会有所增加;因此,当冲击气压较小时（0.3MPa）,高温后青砂岩破坏程度较小;但当冲击气压足够大时（0.6MPa）,会导致青砂岩断裂并破碎成块,甚至变为粉末状。
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