中高溫三軸應(yīng)力下魯灰花崗巖熱破裂聲發(fā)射特征的試驗研究

為研究熱-力作用下花崗巖的破裂規(guī)律,采用mts815flextestgt巖石力學(xué)試驗系統(tǒng)和pci-ⅱ聲發(fā)射儀開展了黑云母花崗巖在不同圍壓和不同溫度作用下的三軸壓縮試驗。研究結(jié)果表明:在20℃,40℃和60℃的溫度作用下,聲發(fā)射事件的密集程度和聲發(fā)射累計振鈴計數(shù)以及最大ae能率隨著溫度的升高而增加,宏觀破裂角逐漸減小,巖石的脆性破壞特征逐漸增強;在60℃,90℃和130℃的溫度作用下,聲發(fā)射事件的密集程度和聲發(fā)射累計振鈴計數(shù)以及最大ae能率隨著溫度升高而減小,宏觀破裂角逐漸增大,巖石的剪切破壞特征逐漸增強;同時,隨著溫度升高,剪切破壞造成大量低能量釋放率的聲發(fā)射產(chǎn)生,聲發(fā)射密集區(qū)表現(xiàn)為由小部分能量率很大的聲發(fā)射和數(shù)量較多、低能量釋放率的聲發(fā)射組成。

巖石的組分和細(xì)觀結(jié)構(gòu)決定其宏觀力學(xué)性質(zhì).通過顯微光度計對"魯灰"花崗巖的礦物組分及微結(jié)構(gòu),及其在不同溫度下的熱破裂行為進(jìn)行觀測.試驗中發(fā)現(xiàn):"魯灰"花崗巖為多種組分所構(gòu)成,非均質(zhì)性明顯;溫度作用下,花崗巖內(nèi)部晶體顆粒之間膠結(jié)物的變化,晶粒內(nèi)部產(chǎn)生的位錯及微破裂,導(dǎo)致花崗巖產(chǎn)生熱損傷破裂行為.通過對花崗巖的微裂紋發(fā)展變化進(jìn)行定量分析得知:溫度作用下微裂紋、內(nèi)部微結(jié)構(gòu)的發(fā)展變化具有規(guī)律性.花崗巖的微裂紋數(shù)量在80℃出現(xiàn)微幅變化;當(dāng)溫度升高到240～260℃時,"魯灰"花崗巖的裂紋數(shù)量出現(xiàn)劇烈增長;確定了花崗巖破裂行為的閾值.

通過聲發(fā)射儀、紅外熱像儀觀測有水壓條件下的花崗巖試樣單軸加載實驗,研究加載過程中試樣的聲發(fā)射與紅外輻射特征以及花崗巖破裂與滲水的紅外及聲發(fā)射異常前兆。研究結(jié)果顯示:隨著應(yīng)力的逐步增加,試樣的紅外輻射表現(xiàn)為早期均勻上升、中期局部高溫異常、后期滲水區(qū)低溫異常;在破裂及滲水過程中,紅外輻射表現(xiàn)為高溫輻射場包圍低溫輻射場;花崗巖破裂-滲水的紅外異常前兆為滲水點出現(xiàn)明顯的"先升后降"紅外輻射現(xiàn)象;32～128khz頻段是花崗巖破裂滲水時聲發(fā)射信號的特征頻帶,且在滲水前夕該頻帶能量呈百分比下降趨勢,并在滲水發(fā)生時降至最低點。上述實驗結(jié)果對巷道開挖過程中透水事故的遙感監(jiān)測預(yù)警具有重要的意義。

針對高速公路沿線存在大量風(fēng)化花崗巖裸露的問題,通過理論研究并結(jié)合工程實踐,對花崗巖風(fēng)化料作進(jìn)一步的改良,以實現(xiàn)大量挖方工程棄土的再利用,解決花崗巖風(fēng)化料存在的易崩解、級配不良的缺點.提出水泥、石灰、粉煤灰、花崗巖風(fēng)化料的質(zhì)量比分別為2∶4∶16∶78(方案ⅰ)、2∶6∶14∶78(方案ⅱ)、2∶8∶12∶78(方案ⅲ)的3種三灰改良方案,采用擊實、強度、干燥收縮和溫度收縮等4類試驗,對三灰花崗巖風(fēng)化料作為路面底基層的材料特性與改良效果進(jìn)行對比評價.試驗結(jié)果表明,無側(cè)限抗強度隨石灰摻量先減小后持平;隨粉煤灰含量增加先持平后增大;方案ⅰ、ⅱ的最大干密度均較大,為較優(yōu)的方案;相比方案ⅰ具有最好的抗壓強度與劈裂強度,方案ⅱ次之,方案ⅲ最差;方案ⅰ、ⅱ的干縮性能較為接近,方案ⅲ的干縮性能較差.綜合試驗結(jié)果,可以得出方案i為最優(yōu)的三灰花崗巖風(fēng)化料配比方案,并適宜于作為路面底基層進(jìn)行應(yīng)用.

基于聲發(fā)射事件空間分布的柱覆蓋分形模型,利用mts815flextestgt巖石力學(xué)試驗系統(tǒng)和pci-2聲發(fā)射(ae)3維定位實時監(jiān)測系統(tǒng),對瀑布溝水電站地下廠房花崗巖單軸壓縮損傷破壞過程中聲發(fā)射事件空間分布的分形特征進(jìn)行了研究。結(jié)果表明,聲發(fā)射事件隨應(yīng)力增加逐漸活躍,加載初期聲發(fā)射數(shù)量較少,應(yīng)力接近峰值強度時,聲發(fā)射事件累計數(shù)曲線呈指數(shù)上升;聲發(fā)射事件的空間分布隨應(yīng)力增加是一個降維過程,其空間分維d在3～2內(nèi)變化,峰值強度時,其值最小;彈性階段后期,巖石內(nèi)部微破裂開始向破壞面集聚,聲發(fā)射空間分維d下降幅度明顯增大;聲發(fā)射空間分維恰當(dāng)?shù)乇碚髁寺暟l(fā)射事件空間分布的復(fù)雜程度。研究結(jié)論揭示了巖石聲發(fā)射事件空間分布的分形特征,室內(nèi)試驗結(jié)果與文獻(xiàn)對巖爆研究結(jié)果相吻合,可為現(xiàn)場監(jiān)測應(yīng)用提供理論指導(dǎo)。

高黎貢山隧道位于特定的高地應(yīng)力和高地?zé)釛l件下,施工中可能發(fā)生巖爆。為了查明高溫下隧道硬質(zhì)巖的物理力學(xué)性質(zhì),以占隧道硬質(zhì)圍巖絕大部分的花崗巖為代表,進(jìn)行了高溫單軸壓縮試驗,以期為工程巖爆評價提供較為科學(xué)的依據(jù)。研究結(jié)果表明:從試樣應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線的形狀看,主要為ⅱ型破壞,有發(fā)生巖爆的可能。

從遼寧錦州擬建地下儲庫工程現(xiàn)場鉆取典型花崗巖巖芯,進(jìn)行不同凍結(jié)溫度(-10℃～-50℃)和不同含水狀態(tài)(干燥和飽和)的單軸及三軸壓縮試驗,分析巖石的變形破壞規(guī)律、干燥和飽和狀態(tài)抗壓強度以及三軸剪切強度參數(shù)c,?值隨溫度的變化關(guān)系。試驗結(jié)果表明:(1)無論干燥還是飽和試樣,微風(fēng)化花崗巖單軸及三軸抗壓強度隨著低溫溫度的降低而提高,但呈現(xiàn)非線性增加的趨勢,得到花崗巖抗壓強度隨低溫溫度變化的非線性關(guān)系擬合式,并認(rèn)為微風(fēng)化花崗巖存在一個抗壓強度趨于穩(wěn)定的溫度界限值,此值約為-40℃;(2)微風(fēng)化花崗巖在干燥和飽和條件下,黏聚力c值隨溫度的降低而增大,在干燥條件下尤為明顯。干燥條件下,微風(fēng)化花崗巖內(nèi)摩擦角隨低溫溫度降低變化較小,摩擦角基本保持在57°左右,飽和條件下,微風(fēng)化花崗巖內(nèi)摩擦角隨溫度降低而增加,由-10℃～-50℃增長幅度約為3.43%。該研究成果可為液化天然氣(lng)的低溫地下存儲提供一定的力學(xué)參數(shù)依據(jù)。

通過對海東線全風(fēng)化花崗巖原裝試樣的排水常規(guī)三軸試驗,分析了該類土樣的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系特點,計算并探討了抗剪強度值及其隨應(yīng)變發(fā)展的變化規(guī)律,以及初始切線彈性模量的大小及其與圍壓的關(guān)系。

為了達(dá)到最接近實際工程的試驗效果,采用中國礦業(yè)大學(xué)的"20mn伺服控制高溫高壓巖體三軸試驗機",設(shè)計了精確的加壓和旋轉(zhuǎn)系統(tǒng),操作控制比較方便,測量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。利用大尺寸(φ200mm×400mm)花崗巖試樣和工程鉆頭(φ30mm的pdc鉆頭),使試驗條件更加接近實際工程情況,開創(chuàng)了該類大試樣試驗的先河。通過正交試驗研究花崗巖在高溫高壓狀態(tài)下的切削破碎規(guī)律,得出以下結(jié)論:(1)高圍壓狀態(tài)(100mpa)下,隨著溫度升高,花崗巖的可切削性逐漸增強,在超過一定的鉆壓時,切削速度隨著溫度的升高而明顯增大,在755n鉆壓下,300℃的切削速度比室溫時增大30%～50%;(2)高圍壓狀態(tài)(100mpa)下,隨著溫度升高,單位破巖能耗明顯降低,在鉆壓為755n時,300℃時的單位破巖能耗比室溫時降低20%～30%;(3)在高溫高壓環(huán)境下,切削速度隨著鉆壓或轉(zhuǎn)速的增大而增大;單位破巖能耗隨著轉(zhuǎn)速的增大而增大,隨著鉆壓的增大而減小,與室溫?zé)o圍壓狀態(tài)下的切削破碎規(guī)律基本一致;(4)由于花崗巖在此溫壓范圍內(nèi)屬于漸進(jìn)破壞,抗壓強度下降緩慢,如果鉆壓太低則切削速度和單位破巖能耗受溫度影響很小,為了在高溫下取得對花崗巖的良好切削效果,鉆壓需要超過一定的值。

600℃內(nèi)高溫狀態(tài)花崗巖遇水冷卻后力學(xué)特性試驗研究

通過對600℃內(nèi)高溫狀態(tài)花崗巖遇水冷卻后的力學(xué)特性試驗研究及花崗巖體遇水熱破裂劣化機制的探討,發(fā)現(xiàn)高溫狀態(tài)花崗巖遇水冷卻過程中,由于巖體內(nèi)溫度急劇變化,巖體內(nèi)產(chǎn)生熱破裂或熱沖擊現(xiàn)象,巖體力學(xué)性能劣化,從而導(dǎo)致超聲波速、單軸抗壓強度、抗拉強度及彈性模量隨溫度逐漸減小。具體表現(xiàn)為:(1)高溫狀態(tài)花崗巖遇水冷卻后超聲波速隨著經(jīng)歷溫度的升高呈負(fù)指數(shù)函數(shù)關(guān)系降低;(2)花崗巖經(jīng)過高溫遇水冷卻處理,峰值應(yīng)力和峰值應(yīng)變及其單軸抗壓強度都受到很大影響;(3)高溫狀態(tài)遇水冷卻處理對花崗巖的抗拉強度影響明顯,抗拉強度隨溫度的變化規(guī)律符合負(fù)指數(shù)函數(shù)關(guān)系;(4)高溫狀態(tài)花崗巖遇水冷卻后其彈性模量隨溫度的升高呈負(fù)對數(shù)規(guī)律減小。

采用真三軸應(yīng)力狀態(tài)下單面突然卸載試驗方法,進(jìn)行萊州花崗巖巖爆試驗,獲得花崗巖巖爆碎屑。對碎屑特征進(jìn)行測量,包括碎屑質(zhì)量、長度、寬度、厚度,并對粗粒、中粒、細(xì)粒以及微粒等不同粒徑范圍內(nèi)的碎屑數(shù)量、質(zhì)量及粒度分布進(jìn)行分析。對花崗巖巖爆碎屑分別按照長度、寬度、厚度與累計數(shù)量的關(guān)系,小于某一等效邊長的累計質(zhì)量與總質(zhì)量之比與等效邊長之間的關(guān)系,以及等效邊長與累計數(shù)量的關(guān)系進(jìn)行分形計算,結(jié)果表明花崗巖巖爆碎屑破碎程度較高,片狀特征明顯。對巖爆后的微粒碎屑(顆粒直徑<0.075mm)利用激光粒度分析儀進(jìn)行粒度分析。破壞后微粒碎屑所占百分比以巖爆試驗最多,其次為真三軸試驗,單軸壓縮試驗最少。微粒碎屑的粒度分布曲線形狀不同,巖爆的平緩,小尺度的多,三軸和單軸壓縮的大致相同,粒徑大。分布曲線上百分比最大值對應(yīng)的粒徑巖爆的最小,為40和60μm,三軸的為80μm,單軸的為100μm。對微粒碎屑按照粒度-體積分布進(jìn)行了分形維數(shù)計算,結(jié)果表明巖爆微粒碎屑符合分形物理意義,三軸和單軸微粒碎屑不具有分形特征。巖爆微粒碎屑較多,反映其破壞時消耗的能量要多于三軸和單軸破壞。

利用mts815巖石力學(xué)試驗系統(tǒng)完成了不同溫度下的20個花崗巖試樣的三軸壓縮試驗。分析了溫度對花崗巖試樣的強度特性、變形特性以及破壞特征的影響,能夠在實際工程中起到一定的指導(dǎo)作用。試驗結(jié)果表明:在20℃到40℃的范圍,彈性模量隨溫度升高而降低,泊松比隨溫度升高而升高,且變化幅度都較大,但當(dāng)溫度超過40℃以后,隨溫度升高的變化幅度明顯降低;隨著溫度的升高,峰值強度逐漸降低,而且溫度對峰值強度的影響隨著圍壓的增加而減弱;內(nèi)聚力c值隨溫度升高而降低,內(nèi)摩擦角φ值隨溫度升高有升高的趨勢,抗剪強度τf大致呈線性減小的關(guān)系,且隨著正應(yīng)力的升高,溫度對花崗巖抗剪強度的影響有減弱的趨勢;花崗巖的變形破壞特征在一般條件下表現(xiàn)為典型的彈脆性體特征,但是在較高圍壓和較高的溫度耦合作用下表現(xiàn)為彈塑性變形-累進(jìn)性破裂-脆性破壞的特征。

crg樁在花崗巖持力層中的試驗研究——crg樁(預(yù)應(yīng)力高強混凝土管注漿樁)取得了國家發(fā)明專利。介紹了crg樁施工方法及試驗樁施工情況，討論了在花崗巖地層施工中遇到的孔內(nèi)沉渣清理、管樁上浮及灌漿問題。對crg樁的灌漿充填體進(jìn)行了鉆芯檢測，發(fā)現(xiàn)充填體膠結(jié)質(zhì)量不...

采用顆粒流軟件pfc2d從細(xì)觀上對側(cè)限壓縮下的非均勻花崗巖巖樣進(jìn)行了聲發(fā)射(ae)時空特征研究.結(jié)果表明,隨著圍壓的增加,巖樣破壞的峰值荷載提高,破壞形式由突發(fā)失穩(wěn)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)闈u進(jìn)式破壞.巖樣聲發(fā)射的峰值出現(xiàn)時間和巖樣的峰值破壞不同步,存在一定的滯后,大約出現(xiàn)在峰后90%峰值荷載處.在巖樣破壞前均存在聲發(fā)射的相對平靜期,圍壓的大小不僅對聲發(fā)射的時序特征有顯著影響,而且聲發(fā)射相對平靜期也隨著圍壓的增加而延長.通過對應(yīng)變能的追蹤,發(fā)現(xiàn)在聲發(fā)射相對平靜期存在應(yīng)變能被吸收的現(xiàn)象,驗證了在巖石破壞過程中存在損傷愈合過程.

. 1/3'. 花崗巖高溫力學(xué)性能 國內(nèi)外學(xué)者對巖石在常溫、高溫高壓下的各種物理力學(xué)性能進(jìn)行了研究。 alm等考察了花崗巖受到不同溫度熱處理后的力學(xué)性質(zhì)，并對花崗巖在溫度作用 下微破裂過程進(jìn)行了討論；張靜華等對花崗巖彈性模量的溫度效應(yīng)和臨界應(yīng)力強 度因子隨溫度的變化進(jìn)行了研究；寇紹全等系統(tǒng)地研究了經(jīng)過熱處理的stripa花 崗巖的力學(xué)特性，得到了工程中需要的基本力學(xué)參數(shù)；林睦曾等研究了巖石的彈 性模量隨溫度升高而變化的情況；oda等研究了在溫度作用下巖石的基本力學(xué)性 質(zhì)；lau研究了較低圍壓下花崗巖的彈性模量、泊松比、抗壓強度隨溫度的變化 規(guī)律以及破壞準(zhǔn)則；許錫昌等通過試驗，初步研究了花崗巖在單軸壓縮狀態(tài)下主 要力學(xué)參數(shù)隨溫度（20～600℃）的變化規(guī)律；朱合華等通過單軸壓縮試驗，對 不同高溫后熔結(jié)凝灰?guī)r、花崗巖及流紋狀凝灰角礫巖的力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了研究，分

園路火燒板芝麻灰花崗巖

在剛性壓力機上,應(yīng)用動態(tài)應(yīng)變儀、應(yīng)力傳感器、位移傳感器等儀器對花崗巖進(jìn)行單軸壓縮實驗。得到了花崗巖破裂過程的全應(yīng)力-應(yīng)變曲線。通過對全應(yīng)力-應(yīng)變曲線的分析表明:試樣變形特征基本上是一致的,都經(jīng)歷了初始壓密、彈性變形、裂紋初始、裂紋穩(wěn)定擴展、裂紋不穩(wěn)定發(fā)展直到破裂五個階段。通過對試樣峰值前的受力變形特點的觀察,發(fā)現(xiàn)試樣接近其峰值強度時,出現(xiàn)了一小段應(yīng)力增長緩慢,而相對應(yīng)的應(yīng)變量明顯增加的塑性變形階段,可進(jìn)一步研究巖石破裂失穩(wěn)機理及其失穩(wěn)前兆信息。

花崗巖的巖石特征 花崗巖是應(yīng)用歷史最久、用途最廣、用量是多的巖石也是地殼中最常 見的巖石?；◢弾r一般為淺色多為灰、灰白、淺灰、紅、肉紅等?；?學(xué)成分特點是含sio265fe2o3、feo、mgo一般2cao3。礦物成分主 要為硅鋁淺色礦物為主鐵鎂暗色礦物較少。硅鋁礦物主要為堿性長石 正長石、微斜長石、歪長石、石英、酸性斜長石約占85其中石英含 量大于20。鐵鎂礦物含量15以下一般為35比較常見的為黑云母、 角閃石。副礦物有鋯英石、榍石、磷灰石、獨居石等。當(dāng)花崗石中斜 長石的數(shù)量增加時就逐漸過渡為花崗閃長巖或石英閃長巖而當(dāng)石英 數(shù)量減少時并保持堿性長石數(shù)量不變則過渡為正長巖。巖石呈細(xì)粒、 中粒、粗粒等粒狀結(jié)構(gòu)或似斑狀結(jié)構(gòu)一般深色礦物自形程度較好長石 次之石英自形程度不好。淺成巖多具斑狀結(jié)構(gòu)平均2.7g/cm3孔隙度 一般為0.30.7吸水率一般為0.150.4

花崗巖的特征 發(fā)布時間：2011-12-1000:53:53|閱讀次數(shù)：920次 花崗巖的特征 你知道什么樣的巖石是花崗巖嗎？ 巖石是固體地球的主要構(gòu)成，它本身又是由礦物組成的，而礦物則是由元素組成的，這樣的 概念已經(jīng)成為地質(zhì)界的共識。根據(jù)形成巖石的地質(zhì)作用過程的特點，巖石被劃分成火成巖、 沉積巖和變質(zhì)巖三大類。地球上的火成巖（由巖漿固結(jié)形成的巖石）按其產(chǎn)狀可以劃分為火 山巖（主要由噴出地表的巖漿固結(jié)而成）和深成巖（由侵入于地下深處的巖漿固結(jié)形成）。 按巖石中sio2含量不同，巖石學(xué)家一般將火成巖劃分為超基性巖（sio263%）。出露最廣 的火山巖是基性的玄武巖，主要分布在大洋地區(qū)；出露面積最大的深成巖是酸性的花崗巖， 主要分布在大陸地區(qū)。因此，花崗巖是與我們朝夕相處的地質(zhì)體，被認(rèn)為與大陸的生長密切 相關(guān)。什么是花崗巖呢？按照地質(zhì)辭典的解釋，花崗巖

論述了華南陸殼的地層結(jié)構(gòu)、巖性組合及其含鈾性,各個構(gòu)造旋回對鈾的活化、遷移和富集作用。指出富鈾花崗巖的源巖特征是:具有高硅、富鋁、富鉀的富鈾陸殼。巖石組合主要以陸源泥砂質(zhì)碎屑巖建造為主,夾中酸性、基性火山碎屑巖建造和碳酸鹽巖建造等所組成的巖石。巖石經(jīng)受了多次構(gòu)造運動,使其發(fā)生不同程度的區(qū)域變質(zhì)作用和混合巖化、花崗巖化,最終形成富鈾花崗巖。

淡色花崗巖具有相對窄的sio2變化范圍(70.5%～75.5%),且相同sio2時淡色花崗巖具有相對高的al2o3(>13.5%)含量和相對低的tfeo+mgo含量(<2.5%).這些巖石化學(xué)特征反映了淡色花崗巖較普通花崗巖具有較低的熔融溫度和較少分離結(jié)晶作用影響.據(jù)此,提出有效區(qū)別淡色花崗巖與普通花崗巖的al2o3-sio2和tfeo+mgo-sio2判別圖.本文報道了蚌埠地區(qū)荊山-涂山-螞蟻山侏羅紀(jì)花崗巖侵入體的主要元素組成,并通過對比其與高喜馬拉雅淡色花崗巖的礦物學(xué)和巖石化學(xué)特征,判定蚌埠荊山-涂山-螞蟻山巖體為一淡色花崗巖帶.蚌埠淡色花崗巖的mg#值較低,與高喜馬拉雅淡色花崗巖類似,指示其源區(qū)為華南俯沖陸殼在地殼深度、低溫脫水熔融的成因.