加热预裂花岗岩岩板挤压破坏前应力异常实验研究

1、一、论文提纲 1、绪论 2、岩板挤压破坏前应力异常理论基础 3、岩板挤压破坏前应力异常实验系统建立 4、岩板挤压破坏前应力异常实验研究 5、实验数据处理和曲线异常分析 6、结论与展望二、研究背景及内容 挤压破坏前应力异常实验研究根据岩板在受压破坏前的塑流段应力异常，为岩体工程的稳定性和承载力 提供预防参考研究背景研究研究目的加热预裂花岗岩岩板裂隙级配补充约束破坏模式人工采样 裂隙级配缺失导师国家自然科学基金后续研究单轴加载应力异常岩板高温预裂钢板约束充分裂解应力-应变应力-时间内容三、论文研究方案1、研究构思 由于岩石所具有的细观、微观缺陷，以及在荷载作用下岩石内部微观裂隙的变化的随机性和不可

2、预测性，实验条件下，在对岩石应力-应变曲线异常信息的研究上，需要增加由于岩样采集所带来的级配缺失，采取表面约束对岩板高温加热处理，冷却至常温，并对试件进行单轴加载，通过数据的采集和分析，获取岩石破坏曲线分析应力异常 图3.1 宏细观双尺度相似性模型图1 Fig.3.1 The model diagram of dual scale similarity between macro and microMacroMicro三、论文研究方案2、主要研究方法（1）温度控制对力学异常的影响，比较未经加热处理试件和加热处理试件全过程应力-应变曲线，得出加热后试件破坏曲线具有明显应力异常。（2）花岗岩岩板挤

3、压实验系统的建立，通过对岩板进行高温预裂，将加载速度确定为2KN/min，以相对较小速率对岩板加载获取充分裂解模式。（3）花岗岩岩板破坏残骸的分析和残渣的筛分，将残骸进行有序保存，对加热与否的筛分残渣进行质量百分比比较。（4）花岗岩岩板试件挤压破坏过程中应力异常变化分析，通过截取高应力段曲线，对加热后塑流段进行分段，得出应力异常。四、实验方案1、实验准备（1）试件加工制作实物流程角磨机粗磨平百分表测试试件成型表面约束高温预裂端部约束-表面防护四、实验方案2、高温加热处理系统（1）实验采取高温预裂来对花岗岩岩板进行裂隙级配补充，温度设置为700一次和600一次，每次增温时间为300min。温度控

4、制温度反馈电源温度显示屏参数控制按钮电压表、电流表开关电阻炉图图4.1 加热系统示意图加热系统示意图Fig.4.1 The schematic diagram of heating system四、实验方案 2、高温加热处理系统 （2）经过高温加热后的01#-6#岩板表面形态如下：01#-02#-1#-2#3#-4#-5#-6#图图4.2 高温加热系统高温加热系统Fig.4.2 High temperature heating system四、实验方案 2、高温加热处理系统 表表4.1 岩石线胀系数岩石线胀系数Table 4.1 The coefficient of linear expans

5、ion of rock表表4.2 岩样矿物成分岩样矿物成分Table 4.2 The mineral composition of rock 加热预裂理论依据：由于不同岩石具有不同线胀系数，岩石内不同矿物线胀系数也不同，岩石的热理性表现突出，理论上可以对岩石进行加热处理，增加内部裂隙级配。四、实验方案 2、高温加热处理系统 （3）加热前后尺寸测试及残渣质量百分比6#试件较大颗粒所占质量百分比为57.01%，00#试件破坏残渣颗粒大颗粒占百分比79.98%。00#试件为竖向劈裂破坏残渣级配不如加热组残渣级配完整、充分。 图图4.3 岩板加热前后尺寸测量岩板加热前后尺寸测量Fig.4.3 Size

6、 measurement of rock plate before and after heating图图4.4 岩板破坏残渣对比岩板破坏残渣对比Fig.4.4 Comparison between failure residue of rock plate四、实验方案3、实验加载系统： （1）实验由YAG-3000型微机控制岩石刚度试验机提供垂向荷载，轴压荷载3000kN的内部油压传感器和承载1000KN的负荷传感器根据试件强度分别选取、量程10mm的外置竖向位移传感器、微机伺服控制计算机图图4.5 微机界面微机界面Fig.4.5 The interface of computer图图4.6

7、 实验加载实物图实验加载实物图Fig.4.6 The loading diagram of experiment 四、实验方案3、实验加载系统： （2）实验系统示意图油 源微机上下承压板负荷传感器试件压力机底座位移计油 缸活 塞图图4.7 实验系统示意图实验系统示意图Fig.4.7 The schematic diagram of testing system四、实验方案3、实验加载系统： （3）实验数据分析流程图： 通过微机采集到实验力、竖向位移、时间参数，实验力除以实际受压面积，竖向位移除以实际受压高度，计算得出应力、应变数据，绘制应力-应变曲线外 置竖 向位移计内 置计时器负 荷传感器

8、花岗岩岩板试件 微机伺服压力机竖 向位 移竖向力应 变应 力应力-应变 曲线图图4.8 实验系统方框图实验系统方框图Fig.4.8 The frame diagram of testing system 五、实验结果及数据处理五、实验结果及数据处理1、实验对00#-6#共9块试件进行单轴加载破坏，分别获取到各自破坏形态及破坏全过程应力-应变曲线。00#-01#-02#1#-2#-3#4#-5#-6#五、实验结果及数据处理2、实验对00#-6#共9块试件进行破坏模式的总结，加热组试件1#-6#表现出充分裂解模式下的应力异常。00#-01#-02#1#-2#-3#4#-5#-6#五、实验结果及数据

9、处理五、实验结果及数据处理3、全过程破坏曲线（1）未加热组00#试件应力-应变曲线0246810121416020406080100120140160应力（MPa）应变（10-3）00#五、实验结果及数据处理（2）200min高温加热条件组01#、02#试件应力-应变曲线0246810121416180102030405060708090应力（MPa）应变（10-3）02#0246810121401020304050607080应力（MPa）应变（10-3）01#五、实验结果及数据处理（3）300min加热组1#-2#试件应力-应变曲线02468101214010203040506070809

10、0应力（MPa）应变（10-3）1#46810121416010203040506070应力（MPa）应变（10-3）2#五、实验结果及数据处理（4）3#-4#试件应力-应变曲线24681012010203040506070应力（MPa）应变（10-3）3#0246810121401020304050607080应力（MPa）应变（10-3）4#五、实验结果及数据处理（5）5#-6#试件应力-应变曲线024681012141618010203040506070应力（MPa）应变（10-3）5#02468101214161820220102030405060应力（MPa）应变（10-3）6#五、

11、实验结果及数据处理4、高应力峰值段应力-时间曲线和应力-应变曲线592594596598600602604146.0146.5147.0147.5148.0148.5149.0149.5150.0应力（MPa）时间（104ms）00#8.408.458.508.558.608.658.708.758.80146.0146.5147.0147.5148.0148.5149.0149.5150.0应力（MPa）应变（10-3）00#五、实验结果及数据处理4、高应力峰值段应力-时间曲线和应力-应变曲线7.557.607.657.707.757.807.857.9079.580.080.581.081

12、.582.082.583.083.5应力（MPa）应变（10-3）01#61061562062563063564079.580.080.581.081.582.082.583.083.5应力（MPa）时间（104ms）01#五、实验结果及数据处理4、高应力峰值段应力-时间曲线和应力-应变曲线52052553053554054555055585.586.086.587.087.588.088.589.089.5应力（MPa）时间（104ms）02#9.09.19.29.39.49.59.685.085.586.086.587.087.588.088.589.089.5应力（MPa）应变（10-3

13、）02#五、实验结果及数据处理4、高应力峰值段应力-时间曲线和应力-应变曲线6.16.26.36.46.56.66.76.86.97.079.580.080.581.081.582.082.583.083.5应力（MPa）应变（10-3）1#71572072573073574074575079.580.080.581.081.582.082.583.083.5应力（MPa）时间（104ms）1#五、实验结果及数据处理4、高应力峰值段应力-时间曲线和应力-应变曲线57057558058559059560063.564.064.565.065.566.066.567.067.5应力（MPa）时间（

14、104ms）2#10.810.911.011.111.211.311.411.511.663.564.064.565.065.566.066.567.067.568.0应力（MPa）应变（10-3）2#五、实验结果及数据处理4、高应力峰值段应力-时间曲线和应力-应变曲线7.67.77.87.98.08.159.560.060.561.061.562.062.563.063.5应力（MPa）应变（10-3）3#56056557057558058559059.560.060.561.061.562.062.563.063.5应力（MPa）时间（104ms）3#五、实验结果及数据处理4、高应力峰值段

15、应力-时间曲线和应力-应变曲线44545045546046547047570.571.071.572.072.573.073.574.074.5应力（MPa）时间（104ms）4#6.56.66.76.86.97.07.17.27.37.47.57.670.571.071.572.072.573.073.574.074.5应力（MPa）应变（10-3）4#五、实验结果及数据处理4、高应力峰值段应力-时间曲线和应力-应变曲线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应力（MPa）应变（10-3）5#48549049550050551051557.558.058.559.059.560.060.561.061.5应力（MPa）时间（104ms）5#五、实验结果及数据处理4、高应力峰值段应力-时间曲线和应力-应变曲线36537037538038554.555.055.556.056.557.057.558.058.5应力（MPa）时间（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应力（MPa）应变（10-3）6#五、实验结果及数据处理五、实验结果及数据处理5、通过对岩板曲线的峰值段进行分析，得出应力-应变曲线塑流段即为岩板破坏前的应力异常，塑流段曲线特征：1#随着时间和应变增加，应力在A点到达塑流平台，经历谷值点B到达峰值点C完成一次波动，从C到D的过程中，应力-时间曲线上表现出较剧烈的波动，在应力-应变曲线上则是从C迅速增加到D，在D点表现出明显尖角，曲线经过峰值D点进入最低谷值E，随后到达最后峰值点F，并以较缓和节奏降低。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应力（MPa）时间（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应力（MPa）应变（10-3）1#ABCDEFGH五、实验结果及数据处理5、塑流段曲线特

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应力（MPa）应变（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应力（MPa）时间（104ms）2#ABCDEFGHI五、实验结果及数据处理5、塑流段曲线特征：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应力（MPa）时间（104ms）3#ABCDEF7.857.907.958.008.058.1059.059.560.060.561.061.562.062.563.063.564.064.5应力（MPa）应变（10-3）3#ACBDEF五、实验结果及数据处理5、塑流段曲线特征：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应力（MPa）应变（10-3）4#CDEBA46646847047247447672.572.672.772.872.973.073.173.273.373.473.573.673.773.873.974.074.174.2应力（MPa）时间（104ms）4#ABCDE五、实验结果及数据处理5、塑流段曲线特征：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应力（MPa）时间（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应力（MPa）应变（10-3）5#ABCDEF五、实验结果及数据处理5、塑流段曲线特征：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应力（MPa）应变（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应力（MPa）时间（104ms）6#ABCDE五、实验结果及数据处理6、岩板破坏数据六、结

24、论 依据加热预裂补充岩石裂隙级配，以高温条件对花岗岩岩板处理，进行单轴加载作用下的破坏实验，采集到实验力、竖向位移、时间数据，通过对数据进行处理和实验结果分析，得到应力-应变和应力-时间曲线。f（1）高温加热处理系统参数和实验加载系统参数的关联，采取两次高温加热（700和600）方法，分为300min和200min，恒速2KN/min的速率条件单轴加载，得出应力-应变曲线和应力-时间曲线。f（2）采样岩板裂隙级配缺失和表面约束，人工取样导致岩石裂隙级配缺失，高温预裂和钢板约束。f（3）影响岩板破坏模式的主要因素，实验得出非充分裂解和充分裂解破坏。结合破坏模式、岩板加热条件、岩板端部处理和岩板加载条件，得出影响岩板破坏模式的主要因素为加热速率、端部平整度和加载速率。六、结论f（4）岩板破坏残骸的分析与破坏残渣的筛分，残骸的保存，比较各个岩板正反面破坏特征和裂纹走向与分布。在对