裂隙砂岩破裂过程中的红外辐射特征研究

论文摘要

近年来,随着我国经济的高速发展,大型水利工程相继筹划、施工建设以及投入运营,所涉及的岩石力学问题也越来越复杂。由于岩体内部孕育着不同结构特征的地质结构面,对岩体破坏起着控制作用,使得岩体稳定性问题变得更为复杂。从已有的工程实例中可以发现,岩体工程的失稳破坏主要是由于外部荷载作用致使结构面演化、扩展以及贯通造成的。因此,研究受荷裂隙岩体的破坏特性对于揭示岩体工程稳定性问题有着重要的工程意义,同时也是实现安全施工作业及生产的重要前提。根据量子力学理论,一切温度大于绝对零度的物体都会自发地向外辐射红外能量,物体表面温度越高,辐射强度越大。受荷岩体在变形破裂过程中,红外辐射强度会随着应力的变化而变化,临近破裂时会出现红外辐射分异现象。将红外技术与岩石力学相结合,形成了一门新的学科——遥感-岩石力学,通过非接触式、无损监测岩体破坏过程中裂纹萌生、发育和贯通过程,实时评价岩体内部的稳定状态。红外辐射手段是追踪岩石动态损伤的一种地球物理方法,其中的红外温度和红外热像可以显示岩石受荷失稳空间演化和时间变化的作用。针对以往岩体红外辐射研究中缺乏普适性定量描述的缺陷,进一步研究裂隙砂岩受载破坏的红外热效应及其前兆规律,本文以红砂岩作为研究对象,利用高速水刀切割技术切割裂隙,考虑裂隙倾角的影响效应,结合单轴压缩试验和红外监测技术,引入红外辐射温度的最大值、最小值和平均值,监测和分析了试件破坏全过程、红外辐射温度演化特征以及破坏前兆信息。通过本文研究,有助于从新的角度揭示裂隙岩体的破坏机制。本文的研究工作可以总结为以下几个方面:（1）根据应力-应变曲线以及裂纹扩展特征,裂隙砂岩试件的变形破裂过程可划分为4个阶段,分别为微裂隙闭合阶段、弹性变形阶段、裂纹萌生和扩展阶段以及峰后阶段。裂隙砂岩试件的破坏模式可划分为翼裂纹+剪切破坏模式（破坏模式Ⅰ）和反翼裂纹破坏模式（破坏模式Ⅱ）2类;当裂隙倾角位于15°至60°时,发生破坏模式Ⅰ,其余情况则发生破坏模式Ⅱ。（2）预制裂隙的存在对砂岩试件抗压强度存在不同程度的弱化规律,随着裂隙倾角的增大,抗压强度呈先减小后增大的变化趋势;当裂隙倾角为45°时,抗压强度达到最小值,此时的弱化作用最大;当裂隙倾角为75°时,抗压强度达到最大值,相应的弱化作用最小。（3）对应于裂隙砂岩试件的2类破坏模式,可将红外热像特征模式可划分为特征模式I和特征模式II。裂隙砂岩试件在经历微裂隙闭合阶段、弹性变形阶段、裂纹萌生和扩展阶段、破裂及峰后阶段时,会产生不同的红外辐射特征,在最终破裂瞬间发生红外辐射温度突升,这是孔隙气体解析与逃逸效应、热弹性效应、微破裂与裂隙扩展效应以及摩擦生热效应等4种机制的共同作用造成的。（4）通过对裂隙砂岩试件的应力-应变曲线和红外辐射温度-应变曲线分析和对比,发现在临近破裂前红外辐射温度出现先升后降现象,相应的转换点可作为试件失稳前兆点。

论文目录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 吴文远

导师: 张科,周罕

关键词: 裂隙砂岩,裂隙倾角,单轴压缩,破坏模式,红外辐射效应,前兆异常

来源: 昆明理工大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 地质学,建筑科学与工程

单位: 昆明理工大学

基金: 国家自然科学基金项目(No.41762021),云南省应用基础研究计划项目(No.2018FB093),中国岩石力学与工程学会青年人才托举工程(No.2016QT-6-6)等项目

分类号: TU45

DOI: 10.27200/d.cnki.gkmlu.2019.000632

总页数: 80

文件大小: 8300K

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