溫度作用后大理巖三軸卸荷細(xì)觀破壞特征探究

《溫度作用后大理巖三軸卸荷細(xì)觀破壞特征探究》由會員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。

1、溫度作用后大理巖三軸卸荷細(xì)觀破壞特征探究　　摘要：筆者采用RMT-150C巖石力學(xué)試驗(yàn)系統(tǒng)開展了常溫以及200℃作用后大理巖試件在卸荷路徑下的單軸、三軸壓縮試驗(yàn)，結(jié)合SEM電鏡電鏡掃描試驗(yàn)的結(jié)果，引用了損傷力學(xué)的概念，分析了大理巖試件在不同溫度作用后的宏、細(xì)觀破壞特征。試驗(yàn)結(jié)果表明：卸荷路徑下的試件，受200℃溫度作用后，試件的破碎程度普遍要比常溫試件的要高；用縱波波速比商法定義了溫度損傷，損傷因子變化和強(qiáng)度降低的變化成反相關(guān)；溫度作用后大理巖的微觀破壞特性的變化主要表現(xiàn)在氣孔變大變多，張剪性、

2、縮聚性微裂紋變多。關(guān)鍵詞：卸荷；溫度作用；微觀特性；破壞；SEM電鏡掃描中圖分類號：P584文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1006-4311（2014）04-0312-030引言7在水利工程中，涉及到的地下洞室主要有：地下廠房、導(dǎo)流洞、引水隧洞、尾水洞、交通洞等等。在巖體開挖時(shí)，基坑、洞室等周圍巖體會在不同程度上出現(xiàn)卸荷或卸荷破壞現(xiàn)象，由此導(dǎo)致的破壞失穩(wěn)的現(xiàn)象十分普遍，它通常表現(xiàn)出滑坡、邊坡失穩(wěn)、礦坑變形等等，這些狀況往往給人員和設(shè)備的安全以及工程按時(shí)順利地進(jìn)行造成巨大的威脅。很多深部巖體所處地質(zhì)環(huán)境

3、復(fù)雜，而且工程上往往作為深部核廢料貯存、收到地?zé)岬叵滤饔玫裙こ虪顟B(tài)。因此往往會同時(shí)受到卸荷以及較高溫度的作用。在應(yīng)力狀態(tài)不同時(shí)，工程巖體往往會具有不同的破壞特征，而每一種力學(xué)理論都有著其使用范圍。因此，研究在大理巖在卸荷條件下加溫后的圍觀破壞特征，有著非常重要的理論研究以及工程實(shí)踐意義。1試驗(yàn)方法1.1試件制備試驗(yàn)樣品來源于中國科學(xué)院武漢巖土所采集的大理巖，鉆孔盡量選擇在相近地點(diǎn)，以確保減少巖樣的個(gè)體差異。依據(jù)巖石力學(xué)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，在實(shí)驗(yàn)室加工成標(biāo)準(zhǔn)試件，尺寸為Φ50mm×100mm的圓柱體。為保

4、證選擇的巖樣性質(zhì)均一，使試驗(yàn)結(jié)果具有可比性，筆者選擇外觀無明顯裂紋的巖樣。經(jīng)過國土資源部合肥礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢驗(yàn)中心安徽省地質(zhì)實(shí)驗(yàn)研究所進(jìn)行的礦物成分檢測，試件切片如圖1所示。碎屑主要成分為方解石（含量高于99%，），粒徑0.2-12mm及0.5-1mm，呈半自形粒狀，以細(xì)晶為主，互為鑲嵌，緊密分布，菱形解理發(fā)育，雙晶紋平行菱形解理的長對角線；其余成分主要為一些不透明礦物，粒狀，零星分布。7壓縮試驗(yàn)均在大型巖石試驗(yàn)系統(tǒng)RMT-150C上進(jìn)行。該試驗(yàn)機(jī)為中科院武漢巖土所自行研制，可以進(jìn)行單軸、三軸壓縮

5、試驗(yàn)、拉伸試驗(yàn)、剪切試驗(yàn)等，具有操作方便、測量準(zhǔn)確的優(yōu)點(diǎn)。該儀器可完全在計(jì)算機(jī)的控制下進(jìn)行試驗(yàn)，只需要在試驗(yàn)之前輸入相應(yīng)的試驗(yàn)參數(shù)等就可以試驗(yàn)?zāi)骋辉囼?yàn)路徑。試驗(yàn)過程將被計(jì)算機(jī)全稱記錄，在試驗(yàn)結(jié)束后，操作者就可以讀取相應(yīng)結(jié)果。加熱設(shè)備為武漢巖土所的電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱（加熱200℃試件）與巖土所樣品加工工廠的高溫加熱爐（加熱800℃試件）。干燥箱的編號為1651，大小為400×400×450mm，溫度調(diào)節(jié)范圍為50℃-200℃。1.2卸荷實(shí)驗(yàn)方案在巖石的三軸試驗(yàn)中，可以通過兩種路徑實(shí)現(xiàn)主應(yīng)力差卸載。

6、卸載方式1：保持σ3恒定，通過降低σ1實(shí)現(xiàn)主應(yīng)力差（σ1-σ3）卸載；卸載方式2：保持σ1恒定，通過增大σ3實(shí)現(xiàn)主應(yīng)力差（σ1-σ3）的卸載[1，2]。本卸荷試驗(yàn)選用路徑1（如圖1所示），施加靜水壓強(qiáng)的終點(diǎn)確定為略小于相同圍壓下三軸加載試驗(yàn)破壞點(diǎn)。1.3試驗(yàn)步驟可以確定試驗(yàn)步驟為：①將需要加溫的試件放置在200℃條件下保持3小時(shí)，冷卻至室溫后預(yù)備開展卸荷試驗(yàn)。為分析溫度對大理巖的損傷，在試件初始態(tài)和每次溫度作用并冷卻至室溫后均進(jìn)行了波速測試。測得的數(shù)據(jù)列表保存；7②三軸試驗(yàn)開始前，測量好試件的縱

7、波波速及尺寸。然后將試件套上一層薄的耐油橡膠皮套，裝入與試驗(yàn)機(jī)相配套的壓力室中（事先排光空氣），置于試驗(yàn)機(jī)的相應(yīng)位置，安裝好軸向位移傳感器；③先將軸壓和圍壓同步加載，保證圍壓到預(yù)定點(diǎn)A（軸向力加載速率0.2kN/s，圍壓加載速率0.1MPa/s）；④保證圍壓不變，增大軸壓直至設(shè)定的終點(diǎn)B（力加載速率0.5kN/s）；⑤到達(dá)力終點(diǎn)之后，保持軸壓不變，以固定速率卸圍壓直至試件破壞（圍壓卸載速率0.05MPa/s，卸荷點(diǎn)均位于塑形階段開始時(shí)）。2縱波波速試驗(yàn)及結(jié)果目前，超聲波測試技術(shù)在巖石力學(xué)領(lǐng)域得到

8、了廣泛地應(yīng)用?？v波與橫波在巖石試件內(nèi)的傳播速度可以在一定程度上反映巖石的礦物成分、孔隙度等物理特性以及泊松比、楊氏模量等參數(shù)；超聲波速度也是評價(jià)材料損傷的指標(biāo)之一。[3，4]為分析溫度對大理巖的損傷，在試件初始態(tài)和每次溫度作用并冷卻至室溫后均進(jìn)行了波速測試。測得的數(shù)據(jù)列表保存，代表性試件的結(jié)果如表1所示。7很明顯可以看出，溫度作用后試件的縱波波速降低。這從一定程度上體現(xiàn)出，200℃溫度作用后，巖石的內(nèi)部缺陷發(fā)展，微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。3試驗(yàn)結(jié)果及分析3.1卸荷強(qiáng)度變化規(guī)律通過卸荷試驗(yàn)，得到不同溫度下