中高温三轴应力下鲁灰花岗岩热破裂声发射特征的试验研究

为研究热-力作用下花岗岩的破裂规律,采用mts815flextestgt岩石力学试验系统和pci-ⅱ声发射仪开展了黑云母花岗岩在不同围压和不同温度作用下的三轴压缩试验。研究结果表明:在20℃,40℃和60℃的温度作用下,声发射事件的密集程度和声发射累计振铃计数以及最大ae能率随着温度的升高而增加,宏观破裂角逐渐减小,岩石的脆性破坏特征逐渐增强;在60℃,90℃和130℃的温度作用下,声发射事件的密集程度和声发射累计振铃计数以及最大ae能率随着温度升高而减小,宏观破裂角逐渐增大,岩石的剪切破坏特征逐渐增强;同时,随着温度升高,剪切破坏造成大量低能量释放率的声发射产生,声发射密集区表现为由小部分能量率很大的声发射和数量较多、低能量释放率的声发射组成。

岩石的组分和细观结构决定其宏观力学性质.通过显微光度计对"鲁灰"花岗岩的矿物组分及微结构,及其在不同温度下的热破裂行为进行观测.试验中发现:"鲁灰"花岗岩为多种组分所构成,非均质性明显;温度作用下,花岗岩内部晶体颗粒之间胶结物的变化,晶粒内部产生的位错及微破裂,导致花岗岩产生热损伤破裂行为.通过对花岗岩的微裂纹发展变化进行定量分析得知:温度作用下微裂纹、内部微结构的发展变化具有规律性.花岗岩的微裂纹数量在80℃出现微幅变化;当温度升高到240～260℃时,"鲁灰"花岗岩的裂纹数量出现剧烈增长;确定了花岗岩破裂行为的阈值.

通过声发射仪、红外热像仪观测有水压条件下的花岗岩试样单轴加载实验,研究加载过程中试样的声发射与红外辐射特征以及花岗岩破裂与渗水的红外及声发射异常前兆。研究结果显示:随着应力的逐步增加,试样的红外辐射表现为早期均匀上升、中期局部高温异常、后期渗水区低温异常;在破裂及渗水过程中,红外辐射表现为高温辐射场包围低温辐射场;花岗岩破裂-渗水的红外异常前兆为渗水点出现明显的"先升后降"红外辐射现象;32～128khz频段是花岗岩破裂渗水时声发射信号的特征频带,且在渗水前夕该频带能量呈百分比下降趋势,并在渗水发生时降至最低点。上述实验结果对巷道开挖过程中透水事故的遥感监测预警具有重要的意义。

针对高速公路沿线存在大量风化花岗岩裸露的问题,通过理论研究并结合工程实践,对花岗岩风化料作进一步的改良,以实现大量挖方工程弃土的再利用,解决花岗岩风化料存在的易崩解、级配不良的缺点.提出水泥、石灰、粉煤灰、花岗岩风化料的质量比分别为2∶4∶16∶78(方案ⅰ)、2∶6∶14∶78(方案ⅱ)、2∶8∶12∶78(方案ⅲ)的3种三灰改良方案,采用击实、强度、干燥收缩和温度收缩等4类试验,对三灰花岗岩风化料作为路面底基层的材料特性与改良效果进行对比评价.试验结果表明,无侧限抗强度随石灰掺量先减小后持平;随粉煤灰含量增加先持平后增大;方案ⅰ、ⅱ的最大干密度均较大,为较优的方案;相比方案ⅰ具有最好的抗压强度与劈裂强度,方案ⅱ次之,方案ⅲ最差;方案ⅰ、ⅱ的干缩性能较为接近,方案ⅲ的干缩性能较差.综合试验结果,可以得出方案i为最优的三灰花岗岩风化料配比方案,并适宜于作为路面底基层进行应用.

基于声发射事件空间分布的柱覆盖分形模型,利用mts815flextestgt岩石力学试验系统和pci-2声发射(ae)3维定位实时监测系统,对瀑布沟水电站地下厂房花岗岩单轴压缩损伤破坏过程中声发射事件空间分布的分形特征进行了研究。结果表明,声发射事件随应力增加逐渐活跃,加载初期声发射数量较少,应力接近峰值强度时,声发射事件累计数曲线呈指数上升;声发射事件的空间分布随应力增加是一个降维过程,其空间分维d在3～2内变化,峰值强度时,其值最小;弹性阶段后期,岩石内部微破裂开始向破坏面集聚,声发射空间分维d下降幅度明显增大;声发射空间分维恰当地表征了声发射事件空间分布的复杂程度。研究结论揭示了岩石声发射事件空间分布的分形特征,室内试验结果与文献对岩爆研究结果相吻合,可为现场监测应用提供理论指导。

高黎贡山隧道位于特定的高地应力和高地热条件下,施工中可能发生岩爆。为了查明高温下隧道硬质岩的物理力学性质,以占隧道硬质围岩绝大部分的花岗岩为代表,进行了高温单轴压缩试验,以期为工程岩爆评价提供较为科学的依据。研究结果表明:从试样应力-应变关系曲线的形状看,主要为ⅱ型破坏,有发生岩爆的可能。

从辽宁锦州拟建地下储库工程现场钻取典型花岗岩岩芯,进行不同冻结温度(-10℃～-50℃)和不同含水状态(干燥和饱和)的单轴及三轴压缩试验,分析岩石的变形破坏规律、干燥和饱和状态抗压强度以及三轴剪切强度参数c,?值随温度的变化关系。试验结果表明:(1)无论干燥还是饱和试样,微风化花岗岩单轴及三轴抗压强度随着低温温度的降低而提高,但呈现非线性增加的趋势,得到花岗岩抗压强度随低温温度变化的非线性关系拟合式,并认为微风化花岗岩存在一个抗压强度趋于稳定的温度界限值,此值约为-40℃;(2)微风化花岗岩在干燥和饱和条件下,黏聚力c值随温度的降低而增大,在干燥条件下尤为明显。干燥条件下,微风化花岗岩内摩擦角随低温温度降低变化较小,摩擦角基本保持在57°左右,饱和条件下,微风化花岗岩内摩擦角随温度降低而增加,由-10℃～-50℃增长幅度约为3.43%。该研究成果可为液化天然气(lng)的低温地下存储提供一定的力学参数依据。

通过对海东线全风化花岗岩原装试样的排水常规三轴试验,分析了该类土样的应力应变关系特点,计算并探讨了抗剪强度值及其随应变发展的变化规律,以及初始切线弹性模量的大小及其与围压的关系。

为了达到最接近实际工程的试验效果,采用中国矿业大学的"20mn伺服控制高温高压岩体三轴试验机",设计了精确的加压和旋转系统,操作控制比较方便,测量数据准确。利用大尺寸(φ200mm×400mm)花岗岩试样和工程钻头(φ30mm的pdc钻头),使试验条件更加接近实际工程情况,开创了该类大试样试验的先河。通过正交试验研究花岗岩在高温高压状态下的切削破碎规律,得出以下结论:(1)高围压状态(100mpa)下,随着温度升高,花岗岩的可切削性逐渐增强,在超过一定的钻压时,切削速度随着温度的升高而明显增大,在755n钻压下,300℃的切削速度比室温时增大30%～50%;(2)高围压状态(100mpa)下,随着温度升高,单位破岩能耗明显降低,在钻压为755n时,300℃时的单位破岩能耗比室温时降低20%～30%;(3)在高温高压环境下,切削速度随着钻压或转速的增大而增大;单位破岩能耗随着转速的增大而增大,随着钻压的增大而减小,与室温无围压状态下的切削破碎规律基本一致;(4)由于花岗岩在此温压范围内属于渐进破坏,抗压强度下降缓慢,如果钻压太低则切削速度和单位破岩能耗受温度影响很小,为了在高温下取得对花岗岩的良好切削效果,钻压需要超过一定的值。

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。

采用真三轴应力状态下单面突然卸载试验方法,进行莱州花岗岩岩爆试验,获得花岗岩岩爆碎屑。对碎屑特征进行测量,包括碎屑质量、长度、宽度、厚度,并对粗粒、中粒、细粒以及微粒等不同粒径范围内的碎屑数量、质量及粒度分布进行分析。对花岗岩岩爆碎屑分别按照长度、宽度、厚度与累计数量的关系,小于某一等效边长的累计质量与总质量之比与等效边长之间的关系,以及等效边长与累计数量的关系进行分形计算,结果表明花岗岩岩爆碎屑破碎程度较高,片状特征明显。对岩爆后的微粒碎屑(颗粒直径<0.075mm)利用激光粒度分析仪进行粒度分析。破坏后微粒碎屑所占百分比以岩爆试验最多,其次为真三轴试验,单轴压缩试验最少。微粒碎屑的粒度分布曲线形状不同,岩爆的平缓,小尺度的多,三轴和单轴压缩的大致相同,粒径大。分布曲线上百分比最大值对应的粒径岩爆的最小,为40和60μm,三轴的为80μm,单轴的为100μm。对微粒碎屑按照粒度-体积分布进行了分形维数计算,结果表明岩爆微粒碎屑符合分形物理意义,三轴和单轴微粒碎屑不具有分形特征。岩爆微粒碎屑较多,反映其破坏时消耗的能量要多于三轴和单轴破坏。

利用mts815岩石力学试验系统完成了不同温度下的20个花岗岩试样的三轴压缩试验。分析了温度对花岗岩试样的强度特性、变形特性以及破坏特征的影响,能够在实际工程中起到一定的指导作用。试验结果表明:在20℃到40℃的范围,弹性模量随温度升高而降低,泊松比随温度升高而升高,且变化幅度都较大,但当温度超过40℃以后,随温度升高的变化幅度明显降低;随着温度的升高,峰值强度逐渐降低,而且温度对峰值强度的影响随着围压的增加而减弱;内聚力c值随温度升高而降低,内摩擦角φ值随温度升高有升高的趋势,抗剪强度τf大致呈线性减小的关系,且随着正应力的升高,温度对花岗岩抗剪强度的影响有减弱的趋势;花岗岩的变形破坏特征在一般条件下表现为典型的弹脆性体特征,但是在较高围压和较高的温度耦合作用下表现为弹塑性变形-累进性破裂-脆性破坏的特征。

crg桩在花岗岩持力层中的试验研究——crg桩(预应力高强混凝土管注浆桩)取得了国家发明专利。介绍了crg桩施工方法及试验桩施工情况，讨论了在花岗岩地层施工中遇到的孔内沉渣清理、管桩上浮及灌浆问题。对crg桩的灌浆充填体进行了钻芯检测，发现充填体胶结质量不...

采用颗粒流软件pfc2d从细观上对侧限压缩下的非均匀花岗岩岩样进行了声发射(ae)时空特征研究.结果表明,随着围压的增加,岩样破坏的峰值荷载提高,破坏形式由突发失稳逐渐转变为渐进式破坏.岩样声发射的峰值出现时间和岩样的峰值破坏不同步,存在一定的滞后,大约出现在峰后90%峰值荷载处.在岩样破坏前均存在声发射的相对平静期,围压的大小不仅对声发射的时序特征有显著影响,而且声发射相对平静期也随着围压的增加而延长.通过对应变能的追踪,发现在声发射相对平静期存在应变能被吸收的现象,验证了在岩石破坏过程中存在损伤愈合过程.

. 1/3'. 花岗岩高温力学性能 国内外学者对岩石在常温、高温高压下的各种物理力学性能进行了研究。 alm等考察了花岗岩受到不同温度热处理后的力学性质，并对花岗岩在温度作用 下微破裂过程进行了讨论；张静华等对花岗岩弹性模量的温度效应和临界应力强 度因子随温度的变化进行了研究；寇绍全等系统地研究了经过热处理的stripa花 岗岩的力学特性，得到了工程中需要的基本力学参数；林睦曾等研究了岩石的弹 性模量随温度升高而变化的情况；oda等研究了在温度作用下岩石的基本力学性 质；lau研究了较低围压下花岗岩的弹性模量、泊松比、抗压强度随温度的变化 规律以及破坏准则；许锡昌等通过试验，初步研究了花岗岩在单轴压缩状态下主 要力学参数随温度（20～600℃）的变化规律；朱合华等通过单轴压缩试验，对 不同高温后熔结凝灰岩、花岗岩及流纹状凝灰角砾岩的力学性质进行了研究，分

园路火烧板芝麻灰花岗岩

利用中国矿业大学的"20mn伺服控制高温高压岩体三轴试验机"、大尺寸(200mm×400mm)花岗岩试样研究了花岗岩在高温高压状态下的冲击凿岩规律。研究结果表明,随着温度升高凿岩速度增大,当温度超过约150℃时,岩石裂隙数量增多,并且呈现出一定的塑性变形特征,不利于冲击能量的充分利用,冲击凿岩适用于钻进较低温度下(不超过150℃左右)的坚硬岩层;在高围压状态,冲击凿岩的单位破岩能耗随着温度升高而降低;在高温高压环境下,在一定钻压和冲击功率范围内,凿岩速度随着钻压或冲击功率的增大而增大,单位破岩能耗随着钻压的增大而减小。

园路芝麻灰花岗岩,青石板

xC园路(芝麻灰花岗岩,青石板)教学教材

园路(芝麻灰花岗岩,青石板)

隧道开挖过程中,岩石的变形破坏是在复杂应力条件下发生的。通过对脆性花岗岩试样进行加轴压、卸围压的三轴实验来分析其破坏的成因,发现一些新的问题:在适当围压条件下,围压的大小、加压速率及卸载速率都对岩石的破坏有较大的影响。因此,在隧道开挖过程中,必须控制好隧道的开挖速度;在设置围岩支护时,必须保证支护体有足够的强度、刚度,并且能适应围岩的变形,只有这样才能有效防止岩石变形的破坏,保证施工的顺利进行。