岩土力学 ›› 2021, Vol. 42 ›› Issue (2): 511-518.doi: 10.16285/j.rsm.2020.0589

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

基于DIC的高温砂岩劈裂力学特性研究

孙文进1, 2，金爱兵1, 2，王树亮1, 2，赵怡晴1, 2，韦立昌1, 2，贾玉春1, 2   

  1. 1. 北京科技大学 土木与资源工程学院，北京 100083； 2. 北京科技大学 金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室，北京 100083
  • 收稿日期:2020-05-12 修回日期:2020-09-14 出版日期:2021-02-10 发布日期:2021-02-09
  • 通讯作者: 赵怡晴，女，1980年生，博士，副教授，主要从事矿山岩石力学、矿山风险预警等方面的研究。E-mail：bkdtzzyq@163.com E-mail:18811729620@163.com
  • 作者简介:孙文进，男，2000年生，本科生，主要从事岩石力学与工程方面的研究。
  • 基金资助:
    国家自然科学基金（No. 51674015，No. 51804018）；中央高校基本科研业务费专项资金（FRF-TP-19-026A1）；北京科技大学本科生科技创新项目（No. 20192793929）；中国博士后科学基金（No. 2020M670138）

Study on sandstone split mechanical properties under high temperature based on the DIC technology

SUN Wen-jin1, 2, JIN Ai-bing1, 2, WANG Shu-liang1, 2, ZHAO Yi-qing1, 2, WEI Li-chang1, 2, JIA Yu-chun1, 2   

  1. 1. School of Civil and Resources Engineering, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China; 2. Key Laboratory of Ministry of Education for Efficient Mining and Safety of Metal Mine, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China
  • Received:2020-05-12 Revised:2020-09-14 Online:2021-02-10 Published:2021-02-09
  • Supported by:
    This work was supported by the National Natural Science Foundation of China (51674015, 51804018), the Fundamental Research Funds for the Central Universities (FRF-TP-19-026A1), the Student Research Training Program of USTB (20192793929) and the China Postdoctoral Science Foundation Project(2020M670138).

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摘要： 为探讨高温处理后砂岩劈裂条件下力学特性的变化规律，在对400～1 000 ℃热处理后的砂岩进行物理性质测试的基础上，通过数字图像相关技术（digital imagine correlation，DIC）记录和分析了不同温度处理后砂岩在巴西劈裂试验过程中的应变场演化以及裂纹产生、扩展和贯通过程。研究结果表明：随着温度升高，砂岩的质量不断损失，体积不断膨胀，P波波速衰减迅速；温度低于800 ℃时，热处理砂岩抗拉强度呈下降趋势，但总体下降幅度不大，维持在10%左右；高温对砂岩抗拉强度的影响远超抗压强度，当温度超过800 ℃时，由于砂岩内部裂隙急剧增加，抗拉强度大幅下降，可将800℃视为砂岩抗拉劣化的温度阈值；随着温度升高，砂岩内部孔隙和裂隙增多，导致巴西圆盘两端与中部的应变差逐渐降低。

关键词: 砂岩, 高温, 数字图像相关技术, 巴西劈裂

Abstract: The aim of this study is to investigate the variation of sandstone mechanical properties under the condition of spilt after high temperature treatment. We heat-treat the sandstone sample at 400–1 000 ℃ and measure its physical properties. Based on that, we use digital image correlation (DIC) to record and analyze the evolution of strain field, crack generation, propagation and penetration process of sandstone that treated by different temperatures under Brazilian test. The results show that: With the increase of temperature, the mass of sandstone decreases, the volume increases, and the P-wave velocity decreases rapidly. When the temperature is lower than 800 ℃, the tensile strength of heated sandstone shows a downward trend, but the overall decrease is not significant, approximately 10%. The influence of high temperature on the tensile strength of sandstone is much greater than that of the compressive strength. When the temperature exceeds 800 ℃, the tensile strength decreases rapidly because of the increase of cracks inside the sandstone. Therefore, 800 ℃ can be regarded as the temperature threshold for the tensile deterioration of sandstone. As the heating temperature increases, the pores and fractures of sandstone keep developing, which reduces the difference of strains between the edge and the center of the Brazilian disk.

Key words: sandstone, high temperature, digital imagine correlation technology, Brazilian test

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