加热预裂花岗岩岩板挤压破坏前应力异常实验研究资料

加热预裂花岗岩岩板挤压破坏前应力异常实验研究资料第1页/共40页二、研究背景及内容第2页/共40页三、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.3.1Themodeldiagramofdualscalesimilaritybetweenmacroandmicro第3页/共40页三、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。第4页/共40页四、实验方案1、实验准备（1）试件加工制作实物流程第5页/共40页四、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。图4.1加热系统示意图Fig.4.1Theschematicdiagramofheatingsystem第6页/共40页四、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：图4.2高温加热系统Fig.4.2Hightemperatureheatingsystem第7页/共40页四、实验方案

2、高温加热处理系统表4.1

岩石线胀系数Table4.1Thecoefficientoflinearexpansionofrock表4.2

岩样矿物成分Table4.2Themineralcompositionofrock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。第8页/共40页四、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4.3岩板加热前后尺寸测量Fig.4.3Sizemeasurementofrockplatebeforeandafterheating图4.4岩板破坏残渣对比Fig.4.4Comparisonbetweenfailureresidueofrockplate第9页/共40页四、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4.5微机界面Fig.4.5Theinterfaceofcomputer图4.6实验加载实物图Fig.4.6Theloadingdiagramofexperiment第10页/共40页四、实验方案3、实验加载系统：

（2）实验系统示意图图4.7实验系统示意图Fig.4.7Theschematicdiagramoftestingsystem第11页/共40页四、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-应变曲线图4.8实验系统方框图Fig.4.8

Theframediagramoftestingsystem第12页/共40页五、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。第13页/共40页五、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。第14页/共40页五、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-应变曲线第15页/共40页五、实验结果及数据处理（2）200min高温加热条件组01#、02#试件应力-应变曲线第16页/共40页五、实验结果及数据处理（3）300min加热组1#-2#试件应力-应变曲线第17页/共40页五、实验结果及数据处理（4）3#-4#试件应力-应变曲线第18页/共40页五、实验结果及数据处理（5）5#-6#试件应力-应变曲线第19页/共40页五、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-应变曲线第20页/共40页五、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-应变曲线第21页/共40页五、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-应变曲线第22页/共40页五、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-应变曲线第23页/共40页五、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-应变曲线第24页/共40页五、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-应变曲线第25页/共40页五、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-应变曲线第26页/共40页五、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-应变曲线第27页/共40页五、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-应变曲线第28页/共40页五、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。第29页/共40页五、实验结果及数据处理5、塑流段曲线特征：2#第30页/共40页五、实验结果及数据处理5、塑流段曲线特征：3#第31页/共40页五、实验结果及数据处理5、塑流段曲线特征：4#第32页/共40页五、实验结果及数据处理5、塑流段曲线特征：5#第33页/共40页五、实验结果及数据处理5、塑流段曲线特征：6#第34页/共40页五、实验结果及数据处理6、岩板破坏数据第35页/共40页六、结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。（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。（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。（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。第36页/共40页六、结论（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。在对岩板破坏残渣进行筛分后得出高温加热处理后，残渣级配良好，颗粒质量百分比中较小粒径颗粒占据大部分，破坏残渣颗粒表面积比未经高温处理的岩板残渣表面积大。（5）岩板挤压破坏前应力异常特征，分析峰值段应力-时间关系曲线和应力-应变关系曲线得出，随着时间和应变的增加，应力上升至曲线塑流平台，上升式或者下降式的剧烈波动，直到到达最后一个应力峰值点后，曲线开始下降。曲线发生塑流波动，岩板未破坏，该过程为岩板破坏前的应力异常。（6）岩板裂隙充分发育和挤压破坏力学性质关系，岩板裂隙的随机性和复杂性，通过有效物理量对裂隙群体进行表征并且将其与岩石力学性质联系起来显得至关重要。实验采集到应力、应变、时间三组数据，通过高温加热预裂，增加了裂隙级配完整性，并在充分裂解破坏模式下得出了岩板破坏前应力异常特征。第37页/共40页参考文献[1]彭从文.岩体广义多层结构模型研究[D]，杭州：浙江大学，2010.[2]陈耕野，田军，姚广仁.岩石应力的电学效应及其断裂演化规律[J].岩石力学与工程学报，2005，24(11)：1832-1840.[3]ChenGY,LinY.Stress-strain-electricalresistanceeffectsandassociatedstatequationsforuniaxialrockcompression[J].InternationalJournalofRockMechanicsandMiningSciences：2004，41(2)