›› 2018, Vol. 39 ›› Issue (S1): 235-243.doi: 10.16285/j.rsm.2018.0052

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

热处理后花岗岩纳米压痕试验研究

张 帆1,2，胡 维2，郭翰群2，胡大伟1，盛 谦1，邵建富2,3   

  1. 1. 中国科学院武汉岩土力学研究所 岩土力学和工程国家重点实验室，湖北 武汉 430071； 2. 湖北工业大学 土木建筑与环境学院，湖北 武汉 430064；3. 法国里尔科技大学 里尔力学实验室，法国 里尔
  • 收稿日期:2018-01-19 出版日期:2018-07-20 发布日期:2018-09-02
  • 通讯作者: 胡大伟，男，1981年生，博士，研究员，主要从事地热资源开发、高放废物地质处置、涉水基础设施等工程的多场耦合机理和技术研发方面的工作。E-mail：dwhu@whrsm.ac.cn E-mail:fanzhang@aliyun.com
  • 作者简介:张帆，女，1981年生，博士，副教授，主要从事岩石力学、岩土材料多场耦合方面的教学与研究工作。
  • 基金资助:

    国家自然科学基金项目（No. 51579093，No. 51479193）；中国博士后科学基金项目（No. 2013M531773）。

Nanoindentation tests on granite after heat treatment

ZHANG Fan1,2, HU Wei2, GUO Han-qun2, HU Da-wei1, SHENG Qian1, SHAO Jian-fu2,3   

  1. 1. State Key Laboratory of Geomechanics and Geotechnical Engineering, Institute of Rock and Soil Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Wuhan, Hubei 430071, China; 2. School of Civil Engineering, Architecture and Environment, Hubei University of Technology, Wuhan, Hubei 430064, China; 3. Lille Mechanics Laboratory, Lille University of Science and Technology, Lille, France
  • Received:2018-01-19 Online:2018-07-20 Published:2018-09-02
  • Supported by:

    This work was supported by the National Natural Science Foundation of China(51579093, 51479193) and China Postdoctoral Science Foundation Funded Project(2013M531773).

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摘要： 随着温度的升高，花岗岩宏观力学参数往往经历略升高、小幅降低、大幅降低几个阶段。利用纳米压痕测试仪器，对热处理后的花岗岩中主要矿物成分进行纳米压痕试验，揭示花岗岩宏观力学参数随温度演化的微观机理，（1）温度在 300 ℃以内微观结构没有显著变化，基本上没有微裂纹产生，在300～500 ℃之间时岩体内部开始产生微裂隙，温度超过500 ℃时岩体内部产生大量微裂隙，并逐渐扩展增大；（2）石英在300 ℃以内弹性模量和硬度略有增加，超过300 ℃弹性模量和硬度开始下降。超过500 ℃晶体结构发生 相到 相转变，弹性模量和硬度急剧下降，长石在400～500 ℃之间时，弹性模量和硬度开始下降，超过800 ℃弹性模量和硬度急剧下降，云母在800 ℃以内弹性模量和硬度有所增加；超过800℃时弹性模量和硬度开始下降；（3）花岗岩宏观力学性能与主要矿物成分的力学性能和微观结构均相关，室温～300 ℃范围内主要受到前者控制，300～500 ℃范围内时受到两者联合控制，超过500 ℃后主要受到后者控制。研究结果可为研究花岗岩和其他岩石的温度效应提供实验数据和理论支持。

关键词: 热处理, 纳米压痕, 矿物成分, 弹性模量

Abstract: With the increase of temperature, macroscopic mechanical parameters of granite often experience a slight increase, a slight decrease, a substantial reduction in several stages. The nanoindentation test is carried out on the main mineral components of the heat treated granite to reveal the microscopic mechanism of the evolution of the macroscopic mechanical parameters of the granite with temperature. (1) The microstructure does not change significantly under the temperature of 300 ℃; and no microcracks are found. At the temperature between 300 ℃ and 500 ℃, microcracks begin to occur in the interior of the rock mass; when the temperature exceed 500 ℃, a large number of microcracks are generated in the rock mass and gradually expand and increase. (2) The elastic modulus and hardness of quartz increased slightly at 300 ℃. When the temperature exceeds 300 ℃, the elastic modulus and hardness begin to decrease. When the temperature exceeds 500 ℃, the crystal structure changes from phase to phase; 400-500 ℃, the elastic modulus and hardness begin to decline. When the temperature exceeds 800 ℃, the elastic modulus and hardness drop sharply, for mica, the elastic modulus and hardness increase within 800 ℃, above 800 ℃, the modulus of elasticity and hardness decrease sharply. (3) The macroscopic mechanical properties of granite are related to the mechanical properties and microstructure of the main mineral components; it is mainly controlled by the former in the range of room temperature to 300 ℃ and controlled by the combination in the range of 300-500 ℃. When it exceeds 500 ℃, it is mainly controlled by the latter. The related research results can provide experimental data and theoretical support for studying the temperature effect of granite and other rocks.

Key words: heat treatment, nano-indentation, mineral composition, elastic modulus

中图分类号: 

  • TU452

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