岩土力学 ›› 2021, Vol. 42 ›› Issue (4): 1025-1035.doi: 10.16285/j.rsm.2020.1154

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花岗岩高温−水冷循环作用下的试验研究

余莉,彭海旺,李国伟,张钰,韩子豪,祝瀚政   

  1. 河北大学 建筑工程学院,河北 保定 071002
  • 收稿日期:2020-08-05 修回日期:2020-10-21 出版日期:2021-04-12 发布日期:2021-04-25
  • 作者简介:余莉,女,1985年生,博士,副教授,主要从事岩土工程方面的研究工作。
  • 基金资助:
    河北省高等学校科学技术研究项目(No. BJ2018046);河北大学研究生创新创业项目(No. hbu2020ss027);中国地质调查局项目 (No. DD20190228)。

Experimental study on granite under high temperature-water cooling cycle

YU Li, PENG Hai-wang, LI Guo-wei, ZHANG Yu, HAN Zi-hao, ZHU Han-zheng   

  1. College of Civil Engineering and Architecture, Hebei University, Baoding, Hebei 071002, China
  • Received:2020-08-05 Revised:2020-10-21 Online:2021-04-12 Published:2021-04-25
  • Supported by:
    This work was supported by the Science and Technology Research Project of Hebei University (BJ2018046), the China Post-Graduate’s Innovation Fund Project of Hebei University (hbu2020ss027) and the China Geological Survey Project (DD20190228).

摘要: 为了研究花岗岩在不同温度的多次高温?水冷循环作用下物理力学性质的损伤机制及演化规律,通过对花岗岩开展不同温度下高温?水冷循环试验、单轴抗压强度试验、超声波测试试验,分析研究了相关物理力学参数的变化规律,结果表明:(1)在相同温度作用下,随着高温?水冷循环次数的增加导致岩样内部裂隙的萌生和扩展,表现为花岗岩试样质量损失率的逐渐增加,抗压强度和弹性模量先下降、后小幅上升、最后持续下降。(2)在相同高温?水冷循环次数下,随着温度的增加,花岗岩试样的质量损失不断增加,抗压强度与弹性模量呈持续下降趋势。(3)温度对花岗岩的纵波波速影响较大,随着温度的增加,波速快速下降波幅变得不稳定。(4)温度的升高和高温?水冷循环次数的增加都使花岗岩的损伤程度增大,损伤变量增加。(5)随着温度与高温?水冷循环次数的增加,试样逐渐软化,单轴压缩破坏模式从张拉劈裂破坏向锥形剪切破坏过渡,破坏时表面的裂缝数逐渐增加,400 ℃之后出现树状裂缝并逐渐贯穿整个表面。可见花岗岩的物理力学性质在高温?水冷循环作用后将发生严重的劣化。

关键词: 高温, 水冷循环, 抗压强度, 损伤变量, 裂缝特征

Abstract: In order to investigate and analyze the damage mechanism and evolution rule of the physical and mechanical properties of granite under the action of multiple high temperature-water cooling cycle at different temperatures, high temperature-water cooling cycle test, uniaxial compressive strength test, ultrasonic test were carried out. The results show that: 1) At the same temperature, an increase in the number of high temperature-water cooling cycle results in the initiation and expansion of the internal fractures of the rock sample, which is manifested by the gradual increase of the mass loss rate of granite samples. And the compressive strength and elastic modulus decrease firstly, then increase slightly, and finally continue to decline. 2) When the number of high temperature-water cooling cycle is the same, an increase of temperature leads to a continuous increase in the mass loss of the granite samples, and a continuous decrease in the compressive strength and elastic modulus. 3) Temperature has a large effect on the P-wave velocity of granite. As the temperature increases, the wave velocity decreases rapidly and the amplitude becomes unstable. 4) The increase of temperature and the number of high temperature-water cooling cycle both increase the damage degree of rock samples and the damage variables. 5) With the increase of temperature and the number of high temperature-water cooling cycle, the rock sample gradually softens, and its uniaxial compression failure mode transitions from splitting tensile failure to conical shear failure. The number of cracks on the surface gradually increases during failure. Additionally, tree-like cracks appear when the temperature is up to 400 ℃ and gradually penetrate the entire surface. It is concluded that the physical and mechanical properties of granite will be severely degraded after high temperature-water cooling cycle.

Key words: high temperature, water cooling cycle, compressive strength, damage variable, crack characteristics

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