三点弯曲下热处理北山花岗岩的断裂特性研究

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• 责任者：左建平^c中国矿业大学(北京)煤炭资源与安全开采国家重点实验室^d1978^e博士^f教授 ; 周宏伟 ; 范雄 ; 鞠杨
• 刊名：岩石力学与工程学报
• 出版年：2013
• 卷期：32^b12总275
• 页码：2422～2430
• 索书号：P478.066/357
• 图表：^c表1参24插图
• 文摘期号：2014/05

摘要

针对我国未来高放核废料地质处置等重大工程实际需要，开展热处理后岩石的断裂破坏行为研究具有重要意义。以我国未来可能的核废料储库选址地北山花岗岩为研究对象，通过带加载SEM高温试验系统对经过热处理后的花岗岩进行三点弯曲破坏试验，在25～100 ℃范围内，北山花岗岩以脆性破坏为主。在低应力作用下，裂纹扩展主要受到应力集中及多种矿物力学行为及它们之间的黏结力作用大小的影响，最终裂纹的萌生主要发生在矿物颗粒之间较弱的胶结面上，裂纹初始扩展角主要由这些矿物颗粒之间夹角来决定，因此裂纹初始扩展角通常与水平面有个夹角；随着荷载继续增加后，裂纹会逐渐沿着水平方向扩展，这个主要方向的矿物承受了最大的弯曲拉应力，而岩石的抗拉强度通常很低。室温到100 ℃的范围内，花岗岩平均断裂韧性几乎不发生变化，稍微的波动可认为是花岗岩的非均值性所造成的。通过数字散斑相关计算方法实现岩石细观尺度变形全场测量。测量结果表明，各个矿物颗粒表面发生较为复杂的变形，多个矿物颗粒界面两边发生完全相反方向的位移，这表明界面两边颗粒受到拉应力作用。尽管在初始阶段，变形主要发生在弯曲拉应力最大界面，但最终破坏可能发生在另外地方，这时的破坏主要受到非均匀的弱面所控制。可见，细观尺度岩石的破坏受到最大应力状态处与岩石的非均质处变形的综合影响。