本文關(guān)鍵詞：基于細(xì)觀力學(xué)的巖石熱膨脹特性研究

  更多相關(guān)文章： 細(xì)觀力學(xué) 熱膨脹系數(shù) 巖石 熱損傷

【摘要】：在地?zé)豳Y源開采,煤炭地下氣化與液化,石油地下的儲存,核廢料的深層處置等相關(guān)領(lǐng)域應(yīng)用中,溫度對于巖石力學(xué)性質(zhì)的影響是不容忽視的。例如在對核廢料的深層處置過程中,因放射性的核廢料在衰變過程中會釋放大量的熱,使得圍巖受熱升溫;熱膨脹量較大的巖石受壓縮;而熱膨脹量小的巖石受到拉伸;彼此相互約束,從而產(chǎn)生熱應(yīng)力。其中,表征材料熱膨脹量大小的熱物理量——熱膨脹系數(shù),與巖石受熱時所產(chǎn)生的熱應(yīng)力和熱應(yīng)變密切相關(guān),所以需要確定巖石的熱膨脹系數(shù)。本文主要研究內(nèi)容有以下:首先基于細(xì)觀力學(xué)理論,對熱膨脹系數(shù)進(jìn)行了細(xì)觀力學(xué)計算,其中理論模型可用于預(yù)測由多種礦物成分組成的巖石熱膨脹系數(shù)值。然后通過x射線粉晶衍射分析、核磁共振、單軸壓縮、超聲波波速測定以及熱膨脹系數(shù)的測定試驗,得出了一系列巖石力學(xué)參數(shù)隨溫度變化的規(guī)律。并且對巖石熱損傷過程中各個參數(shù)對熱膨脹系數(shù)的影響進(jìn)行了分析,最后對試驗值和理論值進(jìn)行了對比,研究發(fā)現(xiàn):(1)對于孔隙度對巖石熱膨脹系數(shù)的影響,試驗中所測定的孔隙度在25℃～600℃內(nèi)較為穩(wěn)定,對熱膨脹系數(shù)的影響可忽略不計。板巖的彈性模量、泊松比、峰值應(yīng)力與應(yīng)變隨溫度升高呈現(xiàn)了一定的規(guī)律性。(2)各個類別的巖樣熱膨脹系數(shù)都在600℃左右產(chǎn)生了突變,這主要是由其礦物成分石英相變所引起的。石英在573℃出現(xiàn)了α、β兩種不同的結(jié)構(gòu),從而使得其所占的體積產(chǎn)生一個不連續(xù)的增大值,導(dǎo)致熱膨脹系數(shù)發(fā)生突變。(3)理論分析發(fā)現(xiàn)體積模量對巖石熱膨脹系數(shù)的影響,在于其主要礦物和次要礦物的熱膨脹系數(shù)大小關(guān)系和體積模量之間比值關(guān)系,而在25℃～600℃溫度范圍內(nèi),體積模量的影響只造成了2%～4%的影響,因此可以忽略不計;試驗值和理論值存在一定的偏差。
【關(guān)鍵詞】：細(xì)觀力學(xué) 熱膨脹系數(shù) 巖石 熱損傷
【學(xué)位授予單位】：中國地質(zhì)大學(xué)(北京)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TU45
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第1章 緒論9-17
• 1.1 研究目的9-10
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-13
• 1.2.1 巖石熱損傷研究概況10
• 1.2.2 巖石熱膨脹系數(shù)研究概況10-13
• 1.3 巖石的熱膨脹及熱膨脹系數(shù)13-15
• 1.3.1 巖石的熱膨脹本質(zhì)13-14
• 1.3.2 巖石熱膨脹的影響因素14-15
• 1.4 研究內(nèi)容與方法15-16
• 1.5 研究意義16-17
• 第2章 熱膨脹系數(shù)的細(xì)觀力學(xué)研究17-28
• 2.1 ESHELLBY相變問題與夾雜原理17-19
• 2.1.1 Eshellby相變問題17-18
• 2.1.2 等效夾雜原理18-19
• 2.2 巖石材料有效力學(xué)性能的計算19-25
• 2.2.1 有效力學(xué)性能與集中張量19-21
• 2.2.2 Eshelby法21-22
• 2.2.3 Mori-Tanaka方法22-23
• 2.2.4 自洽法23-24
• 2.2.5 三類均勻化方法比較24-25
• 2.3 巖石熱膨脹系數(shù)的細(xì)觀力學(xué)計算25-27
• 2.4 本章小結(jié)27-28
• 第3章 熱損傷對巖石熱膨脹特性的影響28-61
• 3.1 巖石的熱損傷28-30
• 3.1.1 巖石熱損傷概念的引入28-29
• 3.1.2 巖石的熱損傷機理29-30
• 3.2 巖石熱損傷的影響因素30-31
• 3.3 巖石熱損傷的檢測技術(shù)31-32
• 3.4 巖石熱膨脹特性試驗的基本內(nèi)容32-47
• 3.4.1 粉晶X射線衍射試驗32-34
• 3.4.2 核磁共振試驗34-38
• 3.4.3 單軸壓縮變形試驗38-40
• 3.4.4 超聲波試驗40-43
• 3.4.5 巖石熱膨脹系數(shù)測定試驗43-47
• 3.5 試驗結(jié)果與分析47-60
• 3.5.1 粉晶X射線衍射分析47
• 3.5.2 孔隙度對熱膨脹特性的影響分析47-51
• 3.5.3 楊氏模量對熱膨脹特性的影響分析51-55
• 3.5.4 泊松比對熱膨脹特性的影響分析55-56
• 3.5.5 巖石熱膨脹系數(shù)隨溫度變化規(guī)律分析56-59
• 3.5.6 相變對于熱膨脹特性的影響分析59-60
• 3.6 本章總結(jié)60-61
• 第4章 巖石熱膨脹系數(shù)的細(xì)觀力學(xué)分析61-66
• 4.1 體積模量對巖石熱膨脹系數(shù)的影響61-63
• 4.2 熱膨脹系數(shù)試驗值與理論計算值對比63-65
• 4.3 本章總結(jié)65-66
• 第5章 結(jié)論與展望66-67
• 5.1 結(jié)論66
• 5.2 展望66-67
• 致謝67-68
• 參考文獻(xiàn)68-73
• 附錄73

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本文編號：1109078