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

加熱預(yù)裂花崗巖巖板擠壓破壞前應(yīng)力異常實(shí)驗(yàn)研究資料第1頁/共40頁二、研究背景及內(nèi)容第2頁/共40頁三、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)性和不可預(yù)測性，實(shí)驗(yàn)條件下，在對巖石應(yīng)力-應(yīng)變曲線異常信息的研究上，需要增加由于巖樣采集所帶來的級配缺失，采取表面約束對巖板高溫加熱處理，冷卻至常溫，并對試件進(jìn)行單軸加載，通過數(shù)據(jù)的采集和分析，獲取巖石破壞曲線分析應(yīng)力異常

圖3.1宏細(xì)觀雙尺度相似性模型圖[1]Fig.3.1Themodeldiagramofdualscalesimilaritybetweenmacroandmicro第3頁/共40頁三、論文研究方案2、主要研究方法（1）溫度控制對力學(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程應(yīng)力-應(yīng)變曲線，得出加熱后試件破壞曲線具有明顯應(yīng)力異常。（2）花崗巖巖板擠壓實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的建立，通過對巖板進(jìn)行高溫預(yù)裂，將加載速度確定為2KN/min，以相對較小速率對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程中應(yīng)力異常變化分析，通過截取高應(yīng)力段曲線，對加熱后塑流段進(jìn)行分段，得出應(yīng)力異常。第4頁/共40頁四、實(shí)驗(yàn)方案1、實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備（1）試件加工制作實(shí)物流程第5頁/共40頁四、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)裂來對花崗巖巖板進(jìn)行裂隙級配補(bǔ)充，溫度設(shè)置為700℃一次和600℃一次，每次增溫時間為300min。圖4.1加熱系統(tǒng)示意圖Fig.4.1Theschematicdiagramofheatingsystem第6頁/共40頁四、實(shí)驗(yàn)方案

2、高溫加熱處理系統(tǒng)（2）經(jīng)過高溫加熱后的01#-6#巖板表面形態(tài)如下：圖4.2高溫加熱系統(tǒng)Fig.4.2Hightemperatureheatingsystem第7頁/共40頁四、實(shí)驗(yàn)方案

2、高溫加熱處理系統(tǒng)表4.1

巖石線脹系數(shù)Table4.1Thecoefficientoflinearexpansionofrock表4.2

巖樣礦物成分Table4.2Themineralcompositionofrock加熱預(yù)裂理論依據(jù)：由于不同巖石具有不同線脹系數(shù)，巖石內(nèi)不同礦物線脹系數(shù)也不同，巖石的熱理性表現(xiàn)突出，理論上可以對巖石進(jìn)行加熱處理，增加內(nèi)部裂隙級配。第8頁/共40頁四、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)壟洳蝗缂訜峤M殘?jiān)壟渫暾?、充分?/p>

圖4.3巖板加熱前后尺寸測量Fig.4.3Sizemeasurementofrockplatebeforeandafterheating圖4.4巖板破壞殘?jiān)鼘Ρ菷ig.4.4Comparisonbetweenfailureresidueofrockplate第9頁/共40頁四、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4.5微機(jī)界面Fig.4.5Theinterfaceofcomputer圖4.6實(shí)驗(yàn)加載實(shí)物圖Fig.4.6Theloadingdiagramofexperiment第10頁/共40頁四、實(shí)驗(yàn)方案3、實(shí)驗(yàn)加載系統(tǒng)：

（2）實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)示意圖圖4.7實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)示意圖Fig.4.7Theschematicdiagramoftestingsystem第11頁/共40頁四、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：通過微機(jī)采集到實(shí)驗(yàn)力、豎向位移、時間參數(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)變曲線圖4.8實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)方框圖Fig.4.8

Theframediagramoftestingsystem第12頁/共40頁五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及數(shù)據(jù)處理1、實(shí)驗(yàn)對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)及破壞全過程應(yīng)力-應(yīng)變曲線。第13頁/共40頁五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及數(shù)據(jù)處理2、實(shí)驗(yàn)對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。第14頁/共40頁五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及數(shù)據(jù)處理3、全過程破壞曲線（1）未加熱組00#試件應(yīng)力-應(yīng)變曲線第15頁/共40頁五、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)變曲線第16頁/共40頁五、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)變曲線第17頁/共40頁五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及數(shù)據(jù)處理（4）3#-4#試件應(yīng)力-應(yīng)變曲線第18頁/共40頁五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及數(shù)據(jù)處理（5）5#-6#試件應(yīng)力-應(yīng)變曲線第19頁/共40頁五、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-時間曲線和應(yīng)力-應(yīng)變曲線第20頁/共40頁五、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-時間曲線和應(yīng)力-應(yīng)變曲線第21頁/共40頁五、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-時間曲線和應(yīng)力-應(yīng)變曲線第22頁/共40頁五、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-時間曲線和應(yīng)力-應(yīng)變曲線第23頁/共40頁五、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-時間曲線和應(yīng)力-應(yīng)變曲線第24頁/共40頁五、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-時間曲線和應(yīng)力-應(yīng)變曲線第25頁/共40頁五、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-時間曲線和應(yīng)力-應(yīng)變曲線第26頁/共40頁五、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-時間曲線和應(yīng)力-應(yīng)變曲線第27頁/共40頁五、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-時間曲線和應(yīng)力-應(yīng)變曲線第28頁/共40頁五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及數(shù)據(jù)處理5、通過對巖板曲線的峰值段進(jìn)行分析，得出應(yīng)力-應(yīng)變曲線塑流段即為巖板破壞前的應(yīng)力異常，塑流段曲線特征：1#隨著時間和應(yīng)變增加，應(yīng)力在A點(diǎn)到達(dá)塑流平臺，經(jīng)歷谷值點(diǎn)B到達(dá)峰值點(diǎn)C完成一次波動，從C到D的過程中，應(yīng)力-時間曲線上表現(xiàn)出較劇烈的波動，在應(yīng)力-應(yīng)變曲線上則是從C迅速增加到D，在D點(diǎn)表現(xiàn)出明顯尖角，曲線經(jīng)過峰值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。第29頁/共40頁五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及數(shù)據(jù)處理5、塑流段曲線特征：2#第30頁/共40頁五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及數(shù)據(jù)處理5、塑流段曲線特征：3#第31頁/共40頁五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及數(shù)據(jù)處理5、塑流段曲線特征：4#第32頁/共40頁五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及數(shù)據(jù)處理5、塑流段曲線特征：5#第33頁/共40頁五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及數(shù)據(jù)處理5、塑流段曲線特征：6#第34頁/共40頁五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及數(shù)據(jù)處理6、巖板破壞數(shù)據(jù)第35頁/共40頁六、結(jié)論依據(jù)加熱預(yù)裂補(bǔ)充巖石裂隙級配，以高溫條件對花崗巖巖板處理，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、時間數(shù)據(jù)，通過對數(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-時間曲線。（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)變曲線和應(yīng)力-時間曲線。（2）采樣巖板裂隙級配缺失和表面約束，人工取樣導(dǎo)致巖石裂隙級配缺失，高溫預(yù)裂和鋼板約束。（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。第36頁/共40頁六、結(jié)論（4）巖板破壞殘骸的分析與破壞殘?jiān)暮Y分，殘骸的保存，比較各個巖板正反面破壞特征和裂紋走向與分布。在對巖板破壞殘?jiān)M(jìn)行篩分后得出高溫加熱處理后，殘?jiān)壟淞己茫w粒質(zhì)量百分比中較小粒徑顆粒占據(jù)大部分，破壞殘?jiān)w粒表面積比未經(jīng)高溫處理的巖板殘?jiān)砻娣e大。（5）巖板擠壓破壞前應(yīng)力異常特征，分析峰值段應(yīng)力-時間關(guān)系曲線和應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線得出，隨著時間和應(yīng)變的增加，應(yīng)力上升至曲線塑流平臺，上升式或者下降式的劇烈波動，直到到達(dá)最后一個應(yīng)力峰值點(diǎn)后，曲線開始下降。曲線發(fā)生塑流波動，巖板未破壞，該過程為巖板破壞前的應(yīng)力異常。（6）巖板裂隙充分發(fā)育和擠壓破壞力學(xué)性質(zhì)關(guān)系，巖板裂隙的隨機(jī)性和復(fù)雜性，通過有效物理量對裂隙群體進(jìn)行表征并且將其與巖石力學(xué)性質(zhì)聯(lián)系起來顯得至關(guān)重要。實(shí)驗(yàn)采集到應(yīng)力、應(yīng)變、時間三組數(shù)據(jù)，通過高溫加熱預(yù)裂，增加了裂隙級配完整性，并在充分裂解破壞模式下得出了巖板破壞前應(yīng)力異常特征。第37頁/共40頁參考文獻(xiàn)[1]彭從文.巖體廣義多層結(jié)構(gòu)模型研究[D]，杭州：浙江大學(xué)，2010.[2]陳耕野，田軍，姚廣仁.巖石應(yīng)力的電學(xué)效應(yīng)及其斷裂演化規(guī)律[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報，2005，24(11)：1832-1840.[3]ChenGY,LinY.Stress-strain-electricalresistanceeffectsandassociatedstatequationsforuniaxialrockcompression[J].InternationalJournalofRockMechanicsandMiningSciences：2004，41(2)