花岗岩高温力学性能
温度作用下花岗岩力学性质实验研究
中图分 类号 ：Ｄ ３ ５ Ｔ １ 文献标 识码 ： Ａ
０ 引 言
随着世界对能源的开发 ， 给岩石力学工作者提出了新课题。建立地下仓库用以贮藏核废料、 天然气 、 石油等的０ ＝ ０ ３０ｃ 的变 【
３ 燕 山大学 建筑工程与力学学 院， ． 河北 秦皇岛 ０ ６０ ） ６ ０ ４
摘
要： 实时高温作 用下（ 对 常温 一 ５ 和高温作用冷却后（ ８０ｏ Ｃ） 常温 一 ０ １ ０℃） 岗岩试件单轴 ３ 花
受压破 坏全 过程 进行 了试 验研 究 ， 到 了实 时高温 作 用下花 岗岩 的全 应 力 一应 变曲 线 、 得 高温 作 用
了试验研 究 。
１ 试 验 条 件 及 方 法
１ １ 试验 设备 ．
与常温下岩石力学声发射试验不 同， 高温下需要解决 ２个问题 ： 温度 的施加； 试验加载控制系统和声
＋ 收稿 日期 ： ０ ７—１ ２０ １—２ ０
金 项 目（０ ７ ０ ２ ５５ ９ ４ ）
责任编辑 ：杨忠民
基金项目 ： ７ ９ ３国家重 点基础研究发展规划项 目பைடு நூலகம்０ ２ Ｉ ２０ ， ０ Ｃ ４ ２０ ） 国家创新群体项 目（ ０２ ４ ２ ； ２０ Ｃ Ｍ１７ ５ ２ ２ Ｂ １７７ ； ０ ５２ １０ ） 国家 自 然科学基 作者简介： 徐小丽 （９ １ ， ， １８ 一） 女 江苏如皋人 ， 博士 ， 主要从事岩石热力学、 热损伤研究 ．
第２ 卷 第４ ８ 期
２０ ０ ８年 １ ２月
西 安 科
技 大 学 学 报
Ｖｏ ． ８ Ｎ ． １２ ｏ ４ Ｄｅ ． ０ ８ ｃ ２ｏ
温度的影响下花岗岩单轴压缩和疲劳载荷的力学性能的实验研究
温度的影响下花岗岩单轴压缩和疲劳载荷的力学性能的实验研究温度对花岗岩单轴压缩和疲劳载荷的力学性能有着重要的影响。
本文通过实验研究，探讨了温度对花岗岩的力学性能的影响，并对其机理进行了分析和探讨。
首先，本文设计了一系列的实验方案，对花岗岩在不同温度下的单轴压缩和疲劳载荷性能进行了测试。
实验所用的花岗岩样品来自于实际工程中的花岗岩矿石，经过切割和磨光等处理后得到规定尺寸的试样。
实验过程中，使用专业的试验设备对试样进行单轴压缩测试和疲劳载荷测试，并记录相关数据。
在单轴压缩实验中，设置了不同温度下的试验条件，如常温、高温、低温等，通过施加不同的载荷对花岗岩进行压缩。
实验结果显示，随着温度的升高，花岗岩的强度和硬度逐渐降低。
尤其在高温环境下，花岗岩的强度明显下降，容易发生压碎和破坏。
这是因为高温会导致花岗岩中的矿物质发生变化，结构的稳定性受到破坏。
在疲劳载荷实验中，使用相同的实验方法，对花岗岩进行循环加载，观察在不同温度下花岗岩样品的疲劳寿命和破裂形态。
实验结果表明，在常温环境下，花岗岩样品具有较长的疲劳寿命，可以承受较高的循环加载。
然而，在高温环境下，花岗岩样品的疲劳寿命明显降低，并容易出现开裂和失效。
对于花岗岩在温度下力学性能变化的机理，本文通过对实验结果的分析和探讨，提出了以下几点解释。
首先，温度的升高会导致花岗岩中的微观结构发生变化。
矿物质中的结晶发生膨胀，导致其在压力下变形和剥落。
这会导致花岗岩整体强度和硬度的下降。
其次，温度的升高会加剧花岗岩中的热膨胀现象。
花岗岩样品由于温度膨胀不均匀，会形成内部应力集中和断裂。
这导致花岗岩在受到压力时更容易出现裂纹和破坏。
最后，温度升高也会影响花岗岩中的水化作用和化学反应。
矿物质中的水分会发生蒸发和渗透，导致矿物质的颗粒之间减少粘结力。
这会降低花岗岩的整体强度和稳定性。
综上所述，温度对花岗岩单轴压缩和疲劳载荷的力学性能有着重要的影响。
本文通过实验研究，发现了温度对花岗岩力学性能的具体影响，并对其机理进行了分析和探讨。
《2024年超高温条件下花岗岩力学性质演化规律模拟研究》范文
《超高温条件下花岗岩力学性质演化规律模拟研究》篇一摘要随着地球科学和工程技术的不断发展，对高温环境下岩体（特别是花岗岩）的力学性质研究变得日益重要。
本文利用先进的模拟技术，针对超高温条件下花岗岩的力学性质演化规律进行了深入研究。
通过模拟实验，我们探讨了温度对花岗岩力学性质的影响，并分析了其内在的物理机制。
一、引言花岗岩作为一种常见的岩石类型，在地球的构造和地表工程中扮演着重要角色。
了解其在超高温条件下的力学性质演化规律，对于地质灾害预测、地热资源开发以及地下工程稳定性评估等具有重要意义。
然而，由于实验条件的限制，直接在超高温环境下进行花岗岩的力学性质研究存在很大难度。
因此，采用模拟技术成为了一种有效的研究手段。
二、模拟方法与实验设计本研究采用了先进的分子动力学模拟方法，结合实际的花岗岩成分和结构，建立了三维模型。
通过逐步提高模拟环境的温度，观察花岗岩在不同温度下的力学性质变化。
实验过程中，我们设置了多个温度梯度，以更全面地了解超高温条件下花岗岩的力学性质变化。
三、结果分析1. 弹性模量的变化：随着温度的升高，花岗岩的弹性模量呈现逐渐降低的趋势。
在超高温条件下，花岗岩的刚性明显减弱，表明其抵抗变形的能力降低。
2. 强度与韧性的变化：在超高温下，花岗岩的抗压强度和抗拉强度均有所下降。
同时，其韧性也表现出明显的降低趋势，表明在高温环境下，花岗岩更容易发生脆性断裂。
3. 微观结构的变化：在超高温作用下，花岗岩内部的矿物颗粒和晶体结构发生了明显的变化。
部分矿物颗粒出现膨胀、破碎等现象，导致岩石的微观结构变得松散。
4. 物理机制分析：超高温条件下，花岗岩内部的化学键和物理结构发生了变化。
一方面，温度升高导致矿物颗粒内部的原子振动加剧，破坏了化学键的稳定性；另一方面，温度还影响了矿物颗粒之间的相互作用力，导致了整体力学性质的降低。
四、讨论与展望本研究通过模拟技术对超高温条件下花岗岩的力学性质演化规律进行了深入研究，得出了若干重要结论。
超高温条件下花岗岩力学性质演化规律模拟研究
超高温条件下花岗岩力学性质演化规律模拟研究超高温条件下花岗岩力学性质演化规律模拟研究概述：花岗岩是一种具有广泛应用前景的岩石，其力学性质对于矿山开采、地质灾害预测等方面具有重要意义。
在超高温条件下，花岗岩的力学性质会发生显著的演化，对其进行模拟研究有助于深入了解花岗岩的变形特性与机制，为相关领域的研究提供理论支持。
一、超高温条件下花岗岩的力学性质花岗岩是一种大规模侵入深部的浆体岩石，具有高的地应力和热应力水平。
在超高温条件下，花岗岩的力学性质受到温度的显著影响。
主要表现在以下几个方面：1. 强度下降：超高温条件下，花岗岩的强度会显著下降，主要是由于矿物的软化和胶结物的熔化导致。
2. 变形行为的改变：超高温条件下，花岗岩的变形行为会发生改变，常见的变形模式包括增强的蠕变、矿物相变引起的体积变化等。
3. 破裂韧性的变化：超高温条件下，花岗岩的破裂韧性会有所改变，预测和评估其破裂状况对于工程应用具有重要意义。
二、超高温条件下花岗岩力学性质演化的模拟方法模拟方法是研究超高温条件下花岗岩力学性质演化规律的关键手段。
现代数值模拟技术的进步为研究者提供了更好的模拟工具。
1. 石材试验：通过采集和测试实际超高温条件下的花岗岩样本，进行力学性质的测试和分析。
2. 数值模拟：借助石材试验的基础数据，结合计算机模拟软件，模拟花岗岩在超高温条件下的变形、破裂等过程。
三、数值模拟中的关键参数和模型在数值模拟中，需要确定合适的参数和模型，以准确模拟花岗岩在超高温下的力学性质演化过程。
1. 强度参数：超高温条件下，花岗岩的强度参数在模拟中起着至关重要的作用。
根据实验和实际工程案例的数据，可以通过试验和统计分析获得合适的强度参数。
2. 变形模型：花岗岩的变形模型可以采用塑性模型和弹塑性模型等。
根据超高温条件下花岗岩的物理特性和实际力学特性，选择合适的变形模型进行模拟。
3. 热传导模型：超高温条件下，花岗岩的温度变化对力学性质演化有重要影响，因此需要建立适当的热传导模型。
高温花岗岩遇水快速冷却后力学性质实验研究
花岗岩具有强度高、孔隙率小、渗透性小的特 点，是石油、天然气、地热等能源赋存和高放核废 料贮存的极佳场所 [1]。高放核废料地下处置和地热 资源开采等工程均涉及岩石高温后的力学性质问
题，尤其是在地热开发钻孔施工过程中，由于泥浆 和钻井液的共同作用，导致钻井围岩在短时间内温 度迅速降低 [2]，高温岩体产生强烈的热冲击，发生 热破裂，造成矿物发生不可逆的物理化学变化，极
CHEN Yu2) XU Nengxiong3) QIN Yan XIE Yuan
(School of Engineering and Technology, China Universityg), Beijing 100083, China)
Abstract With the uniaxial and triaxial compression tests of the water-cooled granite samples under high temperature, the mechanical properties of the water-cooled granite under high temperature within 800 ◦C against the temperature change and the confining pressure are determined. The experimental results indicate that: (1) The threshold for the effect of high temperature heating and rapid cooling with water on the mechanical properties of the granite is 400 ◦C. (2) Under the same temperature condition, the peak deviator stress and the peak strain increase with the increase of the confining pressure. The elastic modulus increases first and then decreases with the increase of the confining pressure. (3) In uniaxial tests, when the temperature is lower than 400 ◦C, the rock samples will be in a form of composite failure. With the increase of the temperature, the damage morphology changes to a tensile failure. While in the triaxial test, the rock samples all have the shear failure. Key words high temperature, water cooling, granite, mechanical properties
高温花岗岩物理力学特性研究综述
文章编号：１００９ ６８２５（２０２０）２１ ００３９ ０４高温花岗岩物理力学特性研究综述★收稿日期：２０２０ ０７ ２２★：东北大学大学生创新创业训练计划项目“基于干热岩地热开发的高温花岗遇水冷却的物理力学特性的研究”（２０００７１）作者简介：翟宇星（１９９９ ），男，在读本科生翟宇星 李亚博 张恩华 彭志鹏 杨其要 贾 蓬（东北大学资源与土木工程学院，辽宁沈阳 １１０８１９）摘 要：针对花岗岩受高温作用后的力学特性，从高温花岗岩研究的分类、高温花岗岩失稳机理等方面，对国内外具有代表性的研究成果进行了梳理，并对后续研究进行了展望。
主要从实时高温下花岗岩物理力学特性的研究、不同冷却方式下高温花岗岩各项性能的研究和高温花岗岩在其他条件下各项特性研究方面进行了综述。
高温花岗岩失稳的主要因素是其内部结构的变化，而岩石组分改变以及结晶态相变是导致高温下岩石力学性质突变的重要原因。
关键词：高温花岗岩，物理力学特性，超声波中图分类号：ＴＵ４５２文献标识码：Ａ１ 概述众所周知，温度是影响岩石物理力学特性的重要因素之一。
大量研究都表明，温度变化会对花岗岩造成热损伤，高温热损伤后岩石的力学性质呈劣化现象。
分析岩石静动态力学特性随着温度的变化规律，对于揭示岩石工程在极端工况下的变形破坏机制具有重要的工程意义和实用价值。
自２０世纪７０年代，各国学者从理论和实验上，取得了诸多成就。
文献［１］考察了温度对材料韧性和脆性转变的影响，得出韧脆转变的临界温度随加载率的增加而增加。
ＡｌｓｈａｙｅａＮＡ等［２］利用声发射手段来研究加热条件下岩石的劣化损伤，主要测量了２０℃～５０℃的花岗岩的断裂韧性ＫＩＣ。
许锡昌等［３］研究了２０℃～６００℃的花岗岩在单轴压缩状态下的基本力学参数随温度的变化情况，并发现７５℃是花岗岩弹性模量的临界温度，而２００℃是其单轴抗压强度的门槛温度。
然而，近年来，向地球深部进军是我们必须解决的战略科技问题，在各类深部地下岩石工程中，如深部矿山开采、放射性核废料深层地质处置、干热岩地热能开采等，都涉及到２００℃以上高温岩石的研究。
《不同加热—冷却作用下花岗岩物理力学性能及水力压裂试验研究》范文
《不同加热—冷却作用下花岗岩物理力学性能及水力压裂试验研究》篇一不同加热-冷却作用下花岗岩物理力学性能及水力压裂试验研究一、引言随着地质工程和岩石力学的发展，花岗岩作为典型的岩石类型，其物理力学性能和破裂特性在地下工程、采矿、石油勘探等领域具有重要意义。
特别是在高温环境下，花岗岩的加热-冷却过程会对其力学性能产生影响，从而改变其破裂特性。
因此，对不同加热-冷却作用下的花岗岩进行物理力学性能及水力压裂试验研究具有重要的理论意义和实用价值。
二、花岗岩的物理力学性能花岗岩的物理力学性能包括其强度、硬度、弹性模量、抗拉强度等。
这些性能受到加热-冷却过程的影响，尤其是高温作用下的影响更为显著。
本部分将详细介绍不同加热温度、加热速率和冷却方式对花岗岩物理力学性能的影响。
1. 加热温度的影响随着加热温度的升高，花岗岩的强度和硬度会逐渐降低，而弹性模量和抗拉强度也会有所变化。
这种变化与花岗岩内部的矿物组成、结构、孔隙度等因素有关。
2. 加热速率的影响加热速率对花岗岩的物理力学性能也有显著影响。
快速加热会使花岗岩内部产生较大的热应力，导致其强度和硬度降低。
而慢速加热则使花岗岩有足够的时间进行热膨胀和内部结构的调整，从而对其物理力学性能产生不同的影响。
3. 冷却方式的影响冷却方式（如自然冷却、快速冷却等）也会对花岗岩的物理力学性能产生影响。
不同的冷却方式会导致花岗岩内部产生不同的热应力，从而影响其强度、硬度等性能。
三、水力压裂试验研究水力压裂是研究岩石破裂特性的重要手段。
本部分将介绍在不同加热-冷却作用下的花岗岩进行水力压裂试验的过程、方法及结果分析。
1. 试验方法水力压裂试验主要通过向岩石内部注入高压水，使岩石在内部压力的作用下发生破裂。
本试验通过改变加热-冷却条件，观察花岗岩的破裂特性及破裂模式的变化。
2. 结果分析通过对不同加热-冷却条件下的花岗岩进行水力压裂试验，发现加热温度、加热速率和冷却方式都会影响花岗岩的破裂特性和破裂模式。
高温作用对花岗岩动态压缩力学性能的影响研究
（ １ ．空军工程大学 航空航天工程学院， 西安 ７１００３８ ； ２．西北工业大学 力学与土木建筑学院， 西安 ７１００７２ ）
摘 要：采用高温装置对传统的大直径 Φ １００ ｍｍ ＳＨＰＢ 试验设备进行改造， 利用该试验系统对采自陕西秦岭山
区的花岗岩进行不同高温与冲击荷载共同作用下的动态压缩试验， 考察了高温下花岗岩的峰值应力、 峰值应变、 弹性模量 的变化规律。试验结果表明： 在 ２５ ℃ ～ ６００℃时， 高温作用对花岗岩峰值应力的影响不大； ８００℃ ～ １ ０００℃ 时， 花岗岩峰值 ６００℃ ～ ８００℃有可能存在花岗岩内部结构突变的临界温度； 随着温度的升高， 峰值应变 应力受高温影响明显， 迅速下降； 呈现逐渐增加的趋势， 而弹性模量离散性较大， 大体上呈现逐渐减小的趋势； 从总体规律上来说， 高温下花岗岩的峰值应 力、 峰值应变仍然表现出显著的应变率硬化效应。 关键词：花岗岩； 高温； 动态力学性能； 应变率 中图分类号：ＴＵ４５２ 文献标识码：Ａ
６－ ７］ 述岩石Ⅰ型动态破碎的过程。许金余等 ［ 采用单轴
分析试验， 研究了岩石中的矿物成分及结构形式、 空隙
１３ ］ 探讨了 ６００℃ 内高温在冲击荷载作用下的动态 力学性能及变形破坏破碎块度的分形特征。张颖等 ４ ～１９３． ４ ｓ 。李 刚等 变率范围为 ２５ ．
振 动 与 冲 击 第 ３３ 卷第 ４ 期 ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＶＩＢＲＡＴＩＯＮ ＡＮＤ ＳＨＯＣＫ Ｖｏｌ． ３３ Ｎｏ． ４ ２０１４
高温作用对花岗岩动态压缩力学性能的影响研究
２ 刘 石 １ ，许金余 １ ，
１ 高温下花岗岩的动态压缩试验
１ １ 静态力学性能 试验用的花岗岩取自陕西秦岭山区。采用液压伺 服压力试验机对花岗岩进行静态力学试验， 试验内容 包括： 饱和和干燥两种状态下岩石的单轴抗压强度、 劈 裂抗拉强度以及软化系数。通过试件直径的两端， 沿 轴线方向划两条相互平行的加载基线， 将两根直径为 １ ｍｍ的钢丝作为垫条沿加载基线固定在试件两端。试 ３～ ０． ５ Ｍ Ｐａ ／ ｓ， 属于静态加 验中仪器的加载速度为 ０． 载。得到花岗岩的饱水单轴抗压强度为 ８７． ４０ Ｍ Ｐａ， 干 ４２ Ｍ Ｐａ， 软化系数为 ０． ９６ ， 劈裂 燥单轴抗压强度为 ９０． ８９ Ｍ Ｐａ。 抗拉强度为 ８． １ ２ 试验系统 本文中所采用的 Φ１００ ｍｍ 高温 ＳＨＰＢ 试验装置， 是在 Φ１００ ｍｍ ＳＨＰＢ 的基础之上加装高 如图 １ 所示， 温装置组成。ＳＨＰＢ 试验装置主要由主体设备、 能源系 统、 测试系统三大部分组成。本文所采用的加热设备 ２０ － １２ 箱式电阻炉， 该设备可以自动控温、 升 为 ＲＸ３ － 温， 采用硅炭棒元件加热， 高性能纤维保温。 高温装置主体为管式加热炉、 温度控制箱和支撑 设计最高温度为 １ ２００ 底座。管式加热炉内径 １２０ ｍｍ ， 由刚玉管和耐热钢管组成， 保温层采用绝热性能优 ℃， 良的硅酸铝纤维毯， 加热元件采用耐高温硅碳棒。采 用移动支撑平台以实现管式加热炉与 ＳＨＰＢ 压杆之间 的协同工作， 加热炉底座上支撑平台通过螺母控制升 降， 可调控高低， 以实现与压杆的对中， 支撑平台上面 嵌满可自由滚动的钢珠， 使加热炉可自由拖动。 １． ３ 试验方案 为了充分研究高温 下 花 岗 岩 的 动 态 压 缩 力 学 性
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花岗岩高温力学性能
国内外学者对岩石在常温、高温高压下的各种物理力学性能进行了研究。
Alm等考察了花岗岩受到不同温度热处理后的力学性质，并对花岗岩在温度作用下微破裂过程进行了讨论；张静华等对花岗岩弹性模量的温度效应和临界应力强度因子随温度的变化进行了研究；寇绍全等系统地研究了经过热处理的Stripa花岗岩的力学特性，得到了工程中需要的基本力学参数；林睦曾等研究了岩石的弹性模量随温度升高而变化的情况；Oda等研究了在温度作用下岩石的基本力学性质；Lau研究了较低围压下花岗岩的弹性模量、泊松比、抗压强度随温度的变化规律以及破坏准则；许锡昌等通过试验，初步研究了花岗岩在单轴压缩状态下主要力学参数随温度（20～600℃）的变化规律；朱合华等通过单轴压缩试验，对不同高温后熔结凝灰岩、花岗岩及流纹状凝灰角砾岩的力学性质进行了研究，分析比较3种岩石峰值应力、峰值应变及弹性模量随温度的变化规律，并研究了峰值应力与纵波波速、峰值应变与纵波波速的关系。
1.高温下花岗岩力学行为研究
张志镇在《花岗岩力学特性的温度效应试验研究研究》一文中以花岗岩（采自山东省兖州矿区济二井，主要成分为长石，以含钙钠长石为主，有部分钾长石，同时含有部分伊利石、辉石和少量其他矿物。
加工成直径为25mm，高为50mm的圆柱体）为研究对象，在进行实时高温作用下（常温～850℃）单轴压缩试验。
得到的应力－应变曲线亦大致经历4个阶段：压密阶段、线弹性阶段、弱化阶段和破坏阶段。
由图1可以看出，实时高温作用下花岗岩的应力-应变曲线形状几乎一致，非弹性变形过程相对较短，当应力达到峰值时，岩样迅速破裂，呈脆性破坏；温度升高，直线段的斜率降低，表明弹性模量随着温度的升高而降低；温度超过550℃以后，峰值明显减小，轴向应变呈现出增大的趋势，主要是因为岩样的脆性减弱而延性增强。
从热-力学的角度，当温度升高时，岩石晶体质点的热运动增强，质点间的结合力相对减弱，质点容易位移，故塑性增强而强度降低。
图1实时高温作用下花岗岩轴向应力-应变曲线单轴抗压强度的变化规律，从图2可以看出，花岗岩各温度段单轴抗压强度具有较大的离散性，这是由于岩石自身的结构差异所致。
实时高温作用下，强度呈逐渐降低的趋势，在800℃时峰值强度由常温时的191.90MPa降低至62.17MPa，降幅达到67.6%。
图2实时高温作用下花岗岩峰值强度与温度的关系弹性模量的变化规律，实时高温作用下花岗岩力学性质衰减得较快，弹性模量由常温时的38.37GPa降低至7.22GPa，降幅达81.2%。
而冷却后加载，在800℃时弹性模量没有明显下降，仍为25.12GPa，因为降温又恢复了花岗岩的脆性，只有当岩样中出现脆塑性转变后岩样力学性质才突然变化，这说明实时高温作用下岩样的力学性能劣化呈连续变化，而加温后降温其力学行为呈突变状态，与结构中相变密切相关。
图3实时高温作用下花岗岩弹性模量与温度的关系剪切滑移应变的变化规律，在应力-应变曲线峰值点后一般会出现一定的扰动，在应力变化不大但有下降趋势的情况下应变有一定增长，一般认为，这是岩石内部的薄弱面受到一定荷载作用后产生剪切滑移所致，把这部分应变称为剪切滑移应变，可用来表征材料的塑性特征。
得到两种情况下随温度的变化趋势如图4所示。
实时高温作用下在800 ℃之前，剪切滑移应变很小，且变化不明显，800℃以后逐渐增大，表现出显著的塑性。
图4实时高温作用下剪切滑移应变与温度的关系600℃之前，岩样破坏形式表现强烈的脆性破坏特征，超过800℃，应力-应变曲线趋于平缓，破坏形式具有塑性剪切破坏的特点。
随温度的升高，花岗岩由强烈脆性过渡到半延性，破坏形式也由强烈脆性拉裂转变成拉剪破坏。
实时高温情况下，在800℃之前，剪切滑移应变很小，且变化不明显，800℃以后逐渐增大；表明800℃为花岗岩相变点，发生脆塑性转变。
在实时高温加载作用下，单轴抗压强度和弹性模量随着温度升高而发生连续的衰减劣化。