【摘要】：隨著經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展,傳統(tǒng)煤炭石油等資源趨于枯竭,同時(shí)帶來巨大的生態(tài)問題,為實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展,尋找綠色可替代能源已是燃眉之急。儲(chǔ)量豐富的地?zé)豳Y源是綠色可再生能源,將是未來社會(huì)發(fā)展的源動(dòng)力。花崗巖在高溫高壓下的力學(xué)性質(zhì)研究和熱破裂機(jī)理將對(duì)高溫地?zé)衢_發(fā)有極大的指導(dǎo)作用。花崗巖的熱破裂本質(zhì)是由于成巖組分具有不同的熱膨脹系數(shù),在溫度升高時(shí),不同組分顆粒的熱膨脹變形不同,但在巖體內(nèi)部,任何組分顆粒不能按照自身熱膨脹系數(shù)進(jìn)行膨脹變形,受熱后,組分顆粒會(huì)受到周圍顆粒的擠壓或拉伸,由此產(chǎn)生熱應(yīng)力,又因?yàn)榻M分間膠結(jié)物質(zhì)較弱,熱應(yīng)力往往會(huì)在這里集聚,首先引發(fā)破裂。受限于當(dāng)前技術(shù)條件,無法在高溫高壓環(huán)境下對(duì)巖體內(nèi)部熱破裂作出實(shí)時(shí)有效觀測(cè),因此,數(shù)值模擬成為一種熱破裂研究必不可少的手段。本文在總結(jié)前人數(shù)值模擬研究的基礎(chǔ)上,為合理表征花崗巖非均質(zhì)性是由不同大小成巖組分顆粒在空間上的隨機(jī)分布造成的這一本質(zhì),利用數(shù)字圖像處理技術(shù),構(gòu)建了基于花崗巖表面細(xì)觀組分分布的二維PFC顆粒流模型,并對(duì)照室內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)單軸壓縮試驗(yàn),完成了PFC模型的參數(shù)標(biāo)定。并參照高溫三維應(yīng)力下花崗巖滲透率測(cè)定試驗(yàn)和聲發(fā)射采集試驗(yàn),完成了花崗巖熱破裂的數(shù)值模擬,應(yīng)力狀態(tài)和升溫過程與試驗(yàn)保持一致。通過與試驗(yàn)結(jié)果相比較,初步證明了這種數(shù)值模擬方法的正確性。本文的主要結(jié)論如下:(1)基于數(shù)字圖像技術(shù)構(gòu)建花崗巖二維平面模型,能夠準(zhǔn)確表征花崗巖成巖礦物的顆粒大小以及空間分布形態(tài),為合理的表征花崗巖等巖土體材料的非均質(zhì)性提供了一種新的方法。(2)進(jìn)行了室內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)單軸壓縮試驗(yàn),使用“試錯(cuò)法”,根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果對(duì)所建模型進(jìn)行了標(biāo)定,獲取了本次數(shù)值試驗(yàn)所需的各項(xiàng)細(xì)觀顆粒接觸參數(shù),完成了數(shù)值模型力學(xué)特性的構(gòu)建。(3)花崗巖的熱破裂存在兩個(gè)閾值溫度區(qū)間,一是170-230℃,二是370℃左右,特別是370℃左右,熱破裂劇烈產(chǎn)生�；◢弾r在100℃以前熱破裂發(fā)展緩慢,第一個(gè)閾值溫度區(qū)間與花崗巖的非均質(zhì)度有關(guān)。(4)熱破裂主要產(chǎn)生于石英-云母和石英-長(zhǎng)石邊界,在巖體邊界處破壞較嚴(yán)重;巖體的非均質(zhì)度對(duì)熱破裂具有極大的促進(jìn)作用;花崗巖在應(yīng)力狀態(tài)下的熱破裂,隨著所施加的軸壓和水平壓的應(yīng)力差增大,熱破裂時(shí)剪切破壞所占的比例相應(yīng)提高。(5)花崗巖的熱破裂起始于組分邊界,在430℃時(shí)已經(jīng)形成包圍組分團(tuán)塊的不規(guī)則封閉裂紋,部分組分產(chǎn)生穿晶裂紋,這與利用CT觀測(cè)花崗巖熱破裂的實(shí)驗(yàn)結(jié)果相吻合。
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TD313

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