岩土力学 ›› 2025, Vol. 46 ›› Issue (12): 3841-3854.doi: 10.16285/j.rsm.2025.0008CSTR: 32223.14.j.rsm.2025.0008
易书帆1,张雅慧1,李长冬1, 2,李子繁1,曾凡军1
YI Shu-fan1, ZHANG Ya-hui1, LI Chang-dong1, LI Zi-fan1, ZENG Fan-jun1
摘要: 室内试验是获取岩石力学性质最直接准确的方式。矿物−岩石多尺度分析技术通过数字岩心建模与离散元模拟,揭示了微观矿物力学参数对宏观工程响应的调控机制,为地质灾害防控评估提供了理论工具。纳米压痕试验作为一种研究材料微观力学的重要试验手段,目前对于岩石材料的研究主要集中于页岩、花岗岩,少有关于玄武岩、片麻岩、片岩、板岩等岩石的研究,而更鲜有对于同一造岩矿物在不同岩石中所表现出不同微观力学特性的研究。通过采用粉晶X射线衍射、光学显微镜观察、电子探针、纳米压痕等试验手段,获取了10种岩石中主要造岩矿物的成分、含量、表观形貌及矿物尺度的微观力学特性,针对不同矿物在纳米压痕试验下峰值荷载试验参数的选择,结合大量纳米压痕试验相关文献,将同一矿物在不同岩石中所表现出的微观力学特性差异进行对比并进一步分析原因。结果表明:(1)对压痕试验结果进行拟合,发现断裂韧度与弹性模量间呈显著的线性相关,与硬度间的相关性不显著;(2)石英、钾长石、斜长石合适的峰值荷载为7 mN,云母为3 mN,方解石和白云石为4 mN;(3)不同矿物在纳米压痕中的曲线差异较大,其中石英的试验数据集中性最强,钾长石次之,斜长石、白云石、方解石的数据结果具有一定程度的离散性,云母的数据因其独特的片状结构而离散性最大;(4)将研究中10种岩石的试验数据与他人文献进行对比验证,发现花岗岩的试验数据具有较强的一致性,而其余岩石的研究成果可为纳米压痕试验参数选择提供参考,进一步为岩石从微观力学特性的角度进行参数化建模提供依据,对岩石微宏观力学行为的研究具有重要意义。此外,结合环境地质与可持续开发需求,多尺度分析技术可揭示矿物−岩石在复杂环境下的力学响应机制,进一步拓展了其在新能源材料开发与生态修复工程中的应用前景。
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