加熱預(yù)裂花崗巖巖板擠壓破壞前應(yīng)力異常實(shí)驗(yàn)研究

1、一、論文提綱 1、緒論 2、巖板擠壓破壞前應(yīng)力異常理論基礎(chǔ) 3、巖板擠壓破壞前應(yīng)力異常實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)建立 4、巖板擠壓破壞前應(yīng)力異常實(shí)驗(yàn)研究 5、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理和曲線(xiàn)異常分析 6、結(jié)論與展望二、研究背景及內(nèi)容 擠壓破壞前應(yīng)力異常實(shí)驗(yàn)研究根據(jù)巖板在受壓破壞前的塑流段應(yīng)力異常，為巖體工程的穩(wěn)定性和承載力 提供預(yù)防參考研究背景研究研究目的加熱預(yù)裂花崗巖巖板裂隙級(jí)配補(bǔ)充約束破壞模式人工采樣 裂隙級(jí)配缺失導(dǎo)師國(guó)家自然科學(xué)基金后續(xù)研究單軸加載應(yīng)力異常巖板高溫預(yù)裂鋼板約束充分裂解應(yīng)力-應(yīng)變應(yīng)力-時(shí)間內(nèi)容三、論文研究方案1、研究構(gòu)思 由于巖石所具有的細(xì)觀、微觀缺陷，以及在荷載作用下巖石內(nèi)部微觀裂隙的變化的隨機(jī)性和不可

2、預(yù)測(cè)性，實(shí)驗(yàn)條件下，在對(duì)巖石應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)異常信息的研究上，需要增加由于巖樣采集所帶來(lái)的級(jí)配缺失，采取表面約束對(duì)巖板高溫加熱處理，冷卻至常溫，并對(duì)試件進(jìn)行單軸加載，通過(guò)數(shù)據(jù)的采集和分析，獲取巖石破壞曲線(xiàn)分析應(yīng)力異常 圖3.1 宏細(xì)觀雙尺度相似性模型圖1 Fig.3.1 The model diagram of dual scale similarity between macro and microMacroMicro三、論文研究方案2、主要研究方法（1）溫度控制對(duì)力學(xué)異常的影響，比較未經(jīng)加熱處理試件和加熱處理試件全過(guò)程應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)，得出加熱后試件破壞曲線(xiàn)具有明顯應(yīng)力異常。（2）花崗巖巖板擠

3、壓實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的建立，通過(guò)對(duì)巖板進(jìn)行高溫預(yù)裂，將加載速度確定為2KN/min，以相對(duì)較小速率對(duì)巖板加載獲取充分裂解模式。（3）花崗巖巖板破壞殘骸的分析和殘?jiān)暮Y分，將殘骸進(jìn)行有序保存，對(duì)加熱與否的篩分殘?jiān)M(jìn)行質(zhì)量百分比比較。（4）花崗巖巖板試件擠壓破壞過(guò)程中應(yīng)力異常變化分析，通過(guò)截取高應(yīng)力段曲線(xiàn)，對(duì)加熱后塑流段進(jìn)行分段，得出應(yīng)力異常。四、實(shí)驗(yàn)方案1、實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備（1）試件加工制作實(shí)物流程角磨機(jī)粗磨平百分表測(cè)試試件成型表面約束高溫預(yù)裂端部約束-表面防護(hù)四、實(shí)驗(yàn)方案2、高溫加熱處理系統(tǒng)（1）實(shí)驗(yàn)采取高溫預(yù)裂來(lái)對(duì)花崗巖巖板進(jìn)行裂隙級(jí)配補(bǔ)充，溫度設(shè)置為700一次和600一次，每次增溫時(shí)間為300min。溫度控

4、制溫度反饋電源溫度顯示屏參數(shù)控制按鈕電壓表、電流表開(kāi)關(guān)電阻爐圖圖4.1 加熱系統(tǒng)示意圖加熱系統(tǒng)示意圖Fig.4.1 The schematic diagram of heating system四、實(shí)驗(yàn)方案 2、高溫加熱處理系統(tǒng) （2）經(jīng)過(guò)高溫加熱后的01#-6#巖板表面形態(tài)如下：01#-02#-1#-2#3#-4#-5#-6#圖圖4.2 高溫加熱系統(tǒng)高溫加熱系統(tǒng)Fig.4.2 High temperature heating system四、實(shí)驗(yàn)方案 2、高溫加熱處理系統(tǒng) 表表4.1 巖石線(xiàn)脹系數(shù)巖石線(xiàn)脹系數(shù)Table 4.1 The coefficient of linear expans

5、ion of rock表表4.2 巖樣礦物成分巖樣礦物成分Table 4.2 The mineral composition of rock 加熱預(yù)裂理論依據(jù)：由于不同巖石具有不同線(xiàn)脹系數(shù)，巖石內(nèi)不同礦物線(xiàn)脹系數(shù)也不同，巖石的熱理性表現(xiàn)突出，理論上可以對(duì)巖石進(jìn)行加熱處理，增加內(nèi)部裂隙級(jí)配。四、實(shí)驗(yàn)方案 2、高溫加熱處理系統(tǒng) （3）加熱前后尺寸測(cè)試及殘?jiān)|(zhì)量百分比6#試件較大顆粒所占質(zhì)量百分比為57.01%，00#試件破壞殘?jiān)w粒大顆粒占百分比79.98%。00#試件為豎向劈裂破壞殘?jiān)?jí)配不如加熱組殘?jiān)?jí)配完整、充分。 圖圖4.3 巖板加熱前后尺寸測(cè)量巖板加熱前后尺寸測(cè)量Fig.4.3 Size

6、 measurement of rock plate before and after heating圖圖4.4 巖板破壞殘?jiān)鼘?duì)比巖板破壞殘?jiān)鼘?duì)比Fig.4.4 Comparison between failure residue of rock plate四、實(shí)驗(yàn)方案3、實(shí)驗(yàn)加載系統(tǒng)： （1）實(shí)驗(yàn)由YAG-3000型微機(jī)控制巖石剛度試驗(yàn)機(jī)提供垂向荷載，軸壓荷載3000kN的內(nèi)部油壓傳感器和承載1000KN的負(fù)荷傳感器根據(jù)試件強(qiáng)度分別選取、量程10mm的外置豎向位移傳感器、微機(jī)伺服控制計(jì)算機(jī)圖圖4.5 微機(jī)界面微機(jī)界面Fig.4.5 The interface of computer圖圖4.6

7、 實(shí)驗(yàn)加載實(shí)物圖實(shí)驗(yàn)加載實(shí)物圖Fig.4.6 The loading diagram of experiment 四、實(shí)驗(yàn)方案3、實(shí)驗(yàn)加載系統(tǒng)： （2）實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)示意圖油 源微機(jī)上下承壓板負(fù)荷傳感器試件壓力機(jī)底座位移計(jì)油 缸活 塞圖圖4.7 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)示意圖實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)示意圖Fig.4.7 The schematic diagram of testing system四、實(shí)驗(yàn)方案3、實(shí)驗(yàn)加載系統(tǒng)： （3）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析流程圖： 通過(guò)微機(jī)采集到實(shí)驗(yàn)力、豎向位移、時(shí)間參數(shù)，實(shí)驗(yàn)力除以實(shí)際受壓面積，豎向位移除以實(shí)際受壓高度，計(jì)算得出應(yīng)力、應(yīng)變數(shù)據(jù)，繪制應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)外 置豎 向位移計(jì)內(nèi) 置計(jì)時(shí)器負(fù) 荷傳感器

8、花崗巖巖板試件 微機(jī)伺服壓力機(jī)豎 向位 移豎向力應(yīng) 變應(yīng) 力應(yīng)力-應(yīng)變 曲線(xiàn)圖圖4.8 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)方框圖實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)方框圖Fig.4.8 The frame diagram of testing system 五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及數(shù)據(jù)處理五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及數(shù)據(jù)處理1、實(shí)驗(yàn)對(duì)00#-6#共9塊試件進(jìn)行單軸加載破壞，分別獲取到各自破壞形態(tài)及破壞全過(guò)程應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)。00#-01#-02#1#-2#-3#4#-5#-6#五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及數(shù)據(jù)處理2、實(shí)驗(yàn)對(duì)00#-6#共9塊試件進(jìn)行破壞模式的總結(jié)，加熱組試件1#-6#表現(xiàn)出充分裂解模式下的應(yīng)力異常。00#-01#-02#1#-2#-3#4#-5#-6#五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及數(shù)據(jù)

9、處理五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及數(shù)據(jù)處理3、全過(guò)程破壞曲線(xiàn)（1）未加熱組00#試件應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)0246810121416020406080100120140160應(yīng)力（MPa）應(yīng)變（10-3）00#五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及數(shù)據(jù)處理（2）200min高溫加熱條件組01#、02#試件應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)0246810121416180102030405060708090應(yīng)力（MPa）應(yīng)變（10-3）02#0246810121401020304050607080應(yīng)力（MPa）應(yīng)變（10-3）01#五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及數(shù)據(jù)處理（3）300min加熱組1#-2#試件應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)02468101214010203040506070809

10、0應(yīng)力（MPa）應(yīng)變（10-3）1#46810121416010203040506070應(yīng)力（MPa）應(yīng)變（10-3）2#五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及數(shù)據(jù)處理（4）3#-4#試件應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)24681012010203040506070應(yīng)力（MPa）應(yīng)變（10-3）3#0246810121401020304050607080應(yīng)力（MPa）應(yīng)變（10-3）4#五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及數(shù)據(jù)處理（5）5#-6#試件應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)024681012141618010203040506070應(yīng)力（MPa）應(yīng)變（10-3）5#02468101214161820220102030405060應(yīng)力（MPa）應(yīng)變（10-3）6#五、

11、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及數(shù)據(jù)處理4、高應(yīng)力峰值段應(yīng)力-時(shí)間曲線(xiàn)和應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)592594596598600602604146.0146.5147.0147.5148.0148.5149.0149.5150.0應(yīng)力（MPa）時(shí)間（104ms）00#8.408.458.508.558.608.658.708.758.80146.0146.5147.0147.5148.0148.5149.0149.5150.0應(yīng)力（MPa）應(yīng)變（10-3）00#五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及數(shù)據(jù)處理4、高應(yīng)力峰值段應(yīng)力-時(shí)間曲線(xiàn)和應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)7.557.607.657.707.757.807.857.9079.580.080.581.081

12、.582.082.583.083.5應(yīng)力（MPa）應(yīng)變（10-3）01#61061562062563063564079.580.080.581.081.582.082.583.083.5應(yīng)力（MPa）時(shí)間（104ms）01#五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及數(shù)據(jù)處理4、高應(yīng)力峰值段應(yīng)力-時(shí)間曲線(xiàn)和應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)52052553053554054555055585.586.086.587.087.588.088.589.089.5應(yīng)力（MPa）時(shí)間（104ms）02#9.09.19.29.39.49.59.685.085.586.086.587.087.588.088.589.089.5應(yīng)力（MPa）應(yīng)變（10-3

13、）02#五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及數(shù)據(jù)處理4、高應(yīng)力峰值段應(yīng)力-時(shí)間曲線(xiàn)和應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)6.16.26.36.46.56.66.76.86.97.079.580.080.581.081.582.082.583.083.5應(yīng)力（MPa）應(yīng)變（10-3）1#71572072573073574074575079.580.080.581.081.582.082.583.083.5應(yīng)力（MPa）時(shí)間（104ms）1#五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及數(shù)據(jù)處理4、高應(yīng)力峰值段應(yīng)力-時(shí)間曲線(xiàn)和應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)57057558058559059560063.564.064.565.065.566.066.567.067.5應(yīng)力（MPa）時(shí)間（

14、104ms）2#10.810.911.011.111.211.311.411.511.663.564.064.565.065.566.066.567.067.568.0應(yīng)力（MPa）應(yīng)變（10-3）2#五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及數(shù)據(jù)處理4、高應(yīng)力峰值段應(yīng)力-時(shí)間曲線(xiàn)和應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)7.67.77.87.98.08.159.560.060.561.061.562.062.563.063.5應(yīng)力（MPa）應(yīng)變（10-3）3#56056557057558058559059.560.060.561.061.562.062.563.063.5應(yīng)力（MPa）時(shí)間（104ms）3#五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及數(shù)據(jù)處理4、高應(yīng)力峰值段

15、應(yīng)力-時(shí)間曲線(xiàn)和應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)44545045546046547047570.571.071.572.072.573.073.574.074.5應(yīng)力（MPa）時(shí)間（104ms）4#6.56.66.76.86.97.07.17.27.37.47.57.670.571.071.572.072.573.073.574.074.5應(yīng)力（MPa）應(yīng)變（10-3）4#五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及數(shù)據(jù)處理4、高應(yīng)力峰值段應(yīng)力-時(shí)間曲線(xiàn)和應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)8.2 8.4 8.6 8.8 9.0 9.2 9.4 9.6 9.8 10.0 10.2 10.410.6 10.8 11.057.057.558.058.559.059.

16、560.060.561.0應(yīng)力（MPa）應(yīng)變（10-3）5#48549049550050551051557.558.058.559.059.560.060.561.061.5應(yīng)力（MPa）時(shí)間（104ms）5#五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及數(shù)據(jù)處理4、高應(yīng)力峰值段應(yīng)力-時(shí)間曲線(xiàn)和應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)36537037538038554.555.055.556.056.557.057.558.058.5應(yīng)力（MPa）時(shí)間（104ms）6#9.4 9.6 9.8 10.0 10.2 10.4 10.6 10.8 11.0 11.2 11.4 11.6 11.8 12.054.555.055.556.056.557.057

17、.558.0應(yīng)力（MPa）應(yīng)變（10-3）6#五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及數(shù)據(jù)處理五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及數(shù)據(jù)處理5、通過(guò)對(duì)巖板曲線(xiàn)的峰值段進(jìn)行分析，得出應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)塑流段即為巖板破壞前的應(yīng)力異常，塑流段曲線(xiàn)特征：1#隨著時(shí)間和應(yīng)變?cè)黾樱瑧?yīng)力在A點(diǎn)到達(dá)塑流平臺(tái)，經(jīng)歷谷值點(diǎn)B到達(dá)峰值點(diǎn)C完成一次波動(dòng)，從C到D的過(guò)程中，應(yīng)力-時(shí)間曲線(xiàn)上表現(xiàn)出較劇烈的波動(dòng)，在應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)上則是從C迅速增加到D，在D點(diǎn)表現(xiàn)出明顯尖角，曲線(xiàn)經(jīng)過(guò)峰值D點(diǎn)進(jìn)入最低谷值E，隨后到達(dá)最后峰值點(diǎn)F，并以較緩和節(jié)奏降低。742.0 742.5 743.0 743.5 744.0 744.5 745.0 745.5 746.0 746.5 747.0

18、747.581.581.681.781.881.982.082.182.282.382.482.582.682.782.882.983.083.183.283.383.483.5應(yīng)力（MPa）時(shí)間（104ms）1#ABCDEFGH6.25 6.30 6.35 6.40 6.45 6.50 6.55 6.60 6.65 6.70 6.75 6.80 6.85 6.9081.881.982.082.182.282.382.482.582.682.782.882.983.083.183.283.383.483.5應(yīng)力（MPa）應(yīng)變（10-3）1#ABCDEFGH五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及數(shù)據(jù)處理5、塑流段曲線(xiàn)特

19、征：2#11.2511.3011.3511.4011.4511.5011.5511.6011.6566.066.166.266.366.466.566.666.766.866.967.067.167.267.367.467.5應(yīng)力（MPa）應(yīng)變（10-3）2#ABCDEFGHI595.5596.0596.5597.0597.5598.0598.5599.0599.5600.0600.566.466.566.666.766.866.967.067.167.267.367.467.5應(yīng)力（MPa）時(shí)間（104ms）2#ABCDEFGHI五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及數(shù)據(jù)處理5、塑流段曲線(xiàn)特征：3#586.0586

20、.5587.0587.5588.0588.5589.0589.5590.061.561.661.761.861.962.062.162.262.362.462.562.662.762.862.963.063.163.263.363.463.5應(yīng)力（MPa）時(shí)間（104ms）3#ABCDEF7.857.907.958.008.058.1059.059.560.060.561.061.562.062.563.063.564.064.5應(yīng)力（MPa）應(yīng)變（10-3）3#ACBDEF五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及數(shù)據(jù)處理5、塑流段曲線(xiàn)特征：4#6.70 6.75 6.80 6.85 6.90 6.95 7.00 7.

21、05 7.10 7.15 7.20 7.25 7.30 7.35 7.40 7.4572.572.672.772.872.973.073.173.273.373.473.573.673.773.873.974.074.174.274.3應(yīng)力（MPa）應(yīng)變（10-3）4#CDEBA46646847047247447672.572.672.772.872.973.073.173.273.373.473.573.673.773.873.974.074.174.2應(yīng)力（MPa）時(shí)間（104ms）4#ABCDE五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及數(shù)據(jù)處理5、塑流段曲線(xiàn)特征：5#510.0510.5511.0511.5512.

22、0512.5513.0513.559.259.359.459.559.659.759.859.960.060.160.260.360.460.560.660.760.860.961.0應(yīng)力（MPa）時(shí)間（104ms）5#ABCDEF8.89.09.29.49.69.810.010.210.410.659.559.659.759.859.960.060.160.260.360.460.560.660.760.860.961.0應(yīng)力（MPa）應(yīng)變（10-3）5#ABCDEF五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及數(shù)據(jù)處理5、塑流段曲線(xiàn)特征：6#10.010.210.410.610.811.011.211.411.611.8

23、56.556.656.756.856.957.057.157.257.357.457.557.657.757.857.958.058.158.2應(yīng)力（MPa）應(yīng)變（10-3）6#ABCDE380.5 381.0 381.5 382.0 382.5 383.0 383.5 384.0 384.5 385.0 385.5 386.0 386.556.556.656.756.856.957.057.157.257.357.457.557.657.757.857.958.058.158.258.358.458.5應(yīng)力（MPa）時(shí)間（104ms）6#ABCDE五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及數(shù)據(jù)處理6、巖板破壞數(shù)據(jù)六、結(jié)

24、論 依據(jù)加熱預(yù)裂補(bǔ)充巖石裂隙級(jí)配，以高溫條件對(duì)花崗巖巖板處理，進(jìn)行單軸加載作用下的破壞實(shí)驗(yàn)，采集到實(shí)驗(yàn)力、豎向位移、時(shí)間數(shù)據(jù)，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析，得到應(yīng)力-應(yīng)變和應(yīng)力-時(shí)間曲線(xiàn)。f（1）高溫加熱處理系統(tǒng)參數(shù)和實(shí)驗(yàn)加載系統(tǒng)參數(shù)的關(guān)聯(lián)，采取兩次高溫加熱（700和600）方法，分為300min和200min，恒速2KN/min的速率條件單軸加載，得出應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)和應(yīng)力-時(shí)間曲線(xiàn)。f（2）采樣巖板裂隙級(jí)配缺失和表面約束，人工取樣導(dǎo)致巖石裂隙級(jí)配缺失，高溫預(yù)裂和鋼板約束。f（3）影響巖板破壞模式的主要因素，實(shí)驗(yàn)得出非充分裂解和充分裂解破壞。結(jié)合破壞模式、巖板加熱條件、巖板端部處理和巖板加載條件，得出影響巖板破壞模式的主要因素為加熱速率、端部平整度和加載速率。六、結(jié)論f（4）巖板破壞殘骸的分析與破壞殘?jiān)暮Y分，殘骸的保存，比較各個(gè)巖板正反面破壞特征和裂紋走向與分布。在對(duì)