岩土力学 ›› 2023, Vol. 44 ›› Issue (12): 3551-3564.doi: 10.16285/j.rsm.2022.1920
陈显辉,程毅,谢欣玥,陈蜜蜜
CHEN Xian-hui, CHENG Yi, XIE Xin-yue, CHEN Mi-mi
摘要:
纳米压痕试验是研究岩石微观力学性质的一种重要手段,目前讨论岩石微观力学性质与各类宏观强度相关性的研究很少。首先采用连续刚度测量法对4种不同大理岩进行纳米压痕试验,获得白云石与方解石矿物的微观力学参数。其次,通过Mori-Tanaka方法将获得的微观数据尺度升级,得到等效弹性模量和等效泊松比。最后,将微观参数与宏观力学试验结果进行关联性分析,在此基础上讨论了纳米压痕数据预测宏观性质的适用性。结果表明:(1)大理岩中白云石颗粒的弹性模量和硬度分别为122.5 GPa和5.4 GPa;方解石颗粒的弹性模量和硬度分别为70.3 GPa和2.3 GPa,相对而言方解石矿物的强度与变形性能较差。(2)针对大理岩的白云石和方解石矿物,采用连续刚度测量法获得的弹性模量和硬度,建议取值对应的深度在800 nm之后。(3)颗粒边界点的压痕数据离散性比颗粒内部点的大;硬度比弹性模量更能体现颗粒边界的缺陷效应。(4)通过Mori-Tanaka方法得到的均质化结果对预测宏观弹性模量、泊松比有一定的可靠性。(5)纳米压痕数据可以反映矿物种类对岩石强度的影响,但如果要较准确地预测单轴抗压强度、抗拉强度、断裂韧度等性质,还需要考虑岩石的结构、构造等其他强度影响因素。上述成果丰富了纳米压痕测试法在岩石材料中的应用,为利用微观力学参数预测宏观强度提供了参考。
中图分类号:
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