【摘要】：煤炭地下氣化、核廢料處理、高溫巖體地?zé)衢_(kāi)采等地下工程巖體均處在相對(duì)較高的溫度環(huán)境中。高溫作用下巖石的力學(xué)特性與室溫有著很大的不同,對(duì)相關(guān)地下工程巖體的穩(wěn)定性有重要影響。本文選取典型的沉積巖(砂巖)、變質(zhì)巖(大理巖)、火成巖(花崗巖),采用自主設(shè)計(jì)的加熱方法,研究了高溫作用下巖石的力學(xué)特性,主要結(jié)論如下:(1)初步建立了實(shí)時(shí)高溫作用下的巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)方法。自主設(shè)計(jì)了用于巖石力學(xué)測(cè)試的高溫加熱爐和高溫試樣單軸抗壓、抗拉、剪切夾具,進(jìn)行了試樣溫度標(biāo)定。(2)揭示了砂巖在高溫作用下的力學(xué)特性。400℃以內(nèi),實(shí)時(shí)高溫和溫后兩種作用下,砂巖單軸抗壓強(qiáng)度均隨溫度升高而緩慢降低,最大降幅相當(dāng),均小于9%;400℃以后,隨溫度升高,實(shí)時(shí)高溫作用下的砂巖單軸抗壓強(qiáng)度急劇增加,溫后砂巖的強(qiáng)度總體呈下降態(tài)勢(shì);隨著溫度的升高,實(shí)時(shí)高溫和溫后兩種作用下的砂巖的彈性模量均逐漸下降,實(shí)時(shí)高溫作用下的降幅小于溫后;實(shí)時(shí)高溫作用下,隨著溫度的升高砂巖的抗拉強(qiáng)度呈現(xiàn)下降的趨勢(shì),在200℃時(shí)降幅近50%,800℃時(shí)達(dá)81.27%。200℃時(shí),砂巖剪切強(qiáng)度與常溫時(shí)相比下降了23.47%;200~800℃,隨著溫度的升高,砂巖剪切強(qiáng)度急劇增加,200℃時(shí)增幅為9.02%,800℃時(shí),增幅為87.82%。(3)揭示了大理巖在高溫作用下的力學(xué)特性。400℃以內(nèi),實(shí)時(shí)高溫和溫后兩種作用下,大理巖單軸抗壓強(qiáng)度均隨溫度升高而緩慢降低,且高溫作用后下降幅度大;600℃時(shí),實(shí)時(shí)高溫作用下仍呈下降,而高溫作用后卻比400℃時(shí)大,但仍小于常溫;800℃時(shí),實(shí)時(shí)高溫作用下大理巖抗拉強(qiáng)度比600℃時(shí)大,而溫后作用下,卻比600℃時(shí)小;隨著溫度的升高,實(shí)時(shí)高溫和溫后兩種作用下的大理巖的彈性模量均逐漸下降,在600℃內(nèi),實(shí)時(shí)高溫作用下的降幅大于溫后;到800℃時(shí),下降幅度相當(dāng)。隨著溫度的升高,實(shí)時(shí)高溫作用下大理巖抗拉強(qiáng)度呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)。200℃時(shí),大理巖剪切強(qiáng)度與常溫時(shí)相比增幅為234.55%;200~600℃,隨著溫度的升高,實(shí)時(shí)高溫作用下大理巖剪切強(qiáng)度減小,800℃時(shí)與600℃相比,增幅是141%,且實(shí)驗(yàn)所測(cè)溫度點(diǎn)與常溫相比均增大。(4)揭示了花崗巖高溫作用下的力學(xué)特性。實(shí)時(shí)高溫作用下和高溫作用后,花崗巖抗壓強(qiáng)度和彈性模量的變化趨勢(shì)一致,均呈下降趨勢(shì)。隨著溫度的升高,實(shí)時(shí)高溫作用下花崗巖抗拉強(qiáng)度呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)。高溫作用下砂巖剪切強(qiáng)度200℃時(shí),花崗巖剪切強(qiáng)度與常溫時(shí)相比增大了81.18%;200~800℃,隨著溫度的升高,高溫作用下花崗巖剪切強(qiáng)度呈減小趨勢(shì)。(5)揭示了溫壓耦合作用下巖石的破壞機(jī)制。實(shí)時(shí)高溫作用下,室溫~400℃,實(shí)驗(yàn)用砂巖強(qiáng)度輕微減小的原因是孔隙率增大,實(shí)驗(yàn)用砂巖400℃以后內(nèi)部發(fā)生燒結(jié)反應(yīng),晶體顆粒間的細(xì)微顆粒逐漸增多,一方面增大了晶體顆粒間的接觸面,另一方面增加了顆粒間的摩擦,產(chǎn)生強(qiáng)度強(qiáng)化現(xiàn)象。實(shí)時(shí)高溫作用下,室溫~600℃,實(shí)驗(yàn)用大理巖強(qiáng)度降低的原因是孔隙率增大,實(shí)驗(yàn)高溫作用下大理巖在600℃~800℃階段,一方面大理巖延性增強(qiáng),流動(dòng)性增大,另一方面由于白云巖分解物氧化鈣和氧化鎂的混合物填充導(dǎo)致其強(qiáng)度增大。實(shí)時(shí)高溫作用下花崗巖強(qiáng)度為總體下降趨勢(shì)的原因是花崗巖的孔隙率增大。實(shí)時(shí)高溫作用下三種巖石的抗拉強(qiáng)度和高溫作用后三種巖石抗壓強(qiáng)度總體呈現(xiàn)下降趨勢(shì)的原因是:經(jīng)溫度作用后其巖石的孔隙率增大。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TD315
【圖文】：

石力學(xué)已經(jīng)成為了巖石力學(xué)的一個(gè)新方向，高溫巖石力學(xué)能源安全有著極其重要的作用�，F(xiàn)階段的研究主要集中在從微觀角度研究較少。本文主要是選用三種典型的沉積巖過(guò)研究其實(shí)時(shí)高溫作用下巖石力學(xué)特性以及從微觀角度分下巖石力學(xué)特性。外研究現(xiàn)狀(Research Status at Home and Abro溫作用下巖石的單軸抗壓強(qiáng)度條件下，巖石的單軸抗壓強(qiáng)度仍為最常使用的巖石力學(xué)性研究結(jié)果表明，不同巖性巖石的單軸抗壓強(qiáng)度隨溫度的變來(lái)說(shuō)，大部分巖石經(jīng)歷高溫后其強(qiáng)度呈現(xiàn)出下降的趨勢(shì)，而巖鹽[3]在實(shí)驗(yàn)溫度區(qū)間表現(xiàn)出完全相反的變化趨勢(shì)。圖 1 1-4 分別為文獻(xiàn)中花崗巖、鈣質(zhì)巖、大理巖和砂巖正規(guī)化變化趨勢(shì)圖。其中正規(guī)化是將所需測(cè)試溫度點(diǎn)的數(shù)據(jù)與室溫?cái)?shù)據(jù)的倍數(shù)關(guān)系。

BB[27]; XL[28]; Mlm, Trs, KKB, LS[29]圖 1-2 鈣質(zhì)巖正規(guī)化單軸抗壓強(qiáng)度與溫度關(guān)系圖Fig.1-2 The curve of dimensionless of uniaxial compressive strength antemperature of calcareous rock, MM[27];XM[28];KP, BT[29];SC[30]圖 1-3 大理巖正規(guī)化單軸抗壓強(qiáng)度與溫度關(guān)系圖

3, MM[27];XM[28];KP, BT[29];SC[30]圖 1-3 大理巖正規(guī)化單軸抗壓強(qiáng)度與溫度關(guān)系圖 curve of dimensionless of uniaxial compressive strength and temperat-1、圖 1-2、圖 1-3 可以看出，花崗巖、鈣質(zhì)巖以及大理巖的影響下呈現(xiàn)出總體下降的趨勢(shì)。400℃前，實(shí)驗(yàn)測(cè)得的些溫度點(diǎn)表現(xiàn)出較明顯的差異，其抗壓強(qiáng)度無(wú)明顯變化甚幅下降趨勢(shì)。400℃后，所有巖石的單軸抗壓強(qiáng)度均持續(xù)

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2782610