岩土力学 ›› 2020, Vol. 41 ›› Issue (S1): 83-94.doi: 10.16285/j.rsm.2019.1672

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

热冲击作用下花岗岩力学特性及其随冷却温度 演变规律试验研究

郤保平1, 2,吴阳春1,王帅1,熊贵明1,赵阳升1, 2   

  1. 1. 太原理工大学 矿业工程学院,山西 太原 030024;2. 太原理工大学 原位改性采矿教育部重点实验室,山西 太原 030024
  • 收稿日期:2019-09-25 修回日期:2019-12-14 出版日期:2020-06-19 发布日期:2020-06-04
  • 作者简介:郤保平,男,1976年生,博士,副教授,主要从事岩石力学与干热岩地热开发利用方面的科研工作。
  • 基金资助:
    国家自然科学基金面上项目(No.51874207,No.11772213);山西省自然科学基金项目(No.201701D121131);山西省研究生教育创新项目(No.2019SY127)。

Evolution of mechanical properties of granite under thermal shock in water with different cooling temperatures

XI Bao-ping1, 2, WU Yang-chun1, WANG Shuai1, XIONG Gui-ming1, ZHAO Yang-sheng1, 2   

  1. 1. College of Mining Engineering, Taiyuan University of Technology, Taiyuan, Shanxi 030024, China; 2. Key Laboratory of In-situ Property Improving Mining of Ministry of Education, Taiyuan University of Technology, Taiyuan, Shanxi 030024, China
  • Received:2019-09-25 Revised:2019-12-14 Online:2020-06-19 Published:2020-06-04
  • Supported by:
    This work was supported by the National Natural Science Foundation of China(51874207, 11772213), Shanxi Provincial Natural Science Foundation of China(201701D121131), and Shanxi Provincial Graduate Education Innovation Foundation of China(2019SY127).

摘要: 相同高温状态花岗岩在不同冷却温度介质中热冲击下的力学特性不同。热冲击作用下花岗岩的力学强度主要取决于内部热冲击破裂裂隙的密度和数量,其决定因素为热冲击速度和热冲击因子,与热冲击温差没有绝对的相关性。采用自主研制的岩石热冲击破裂试验台对青海共和盆地花岗岩进行热冲击破裂处理,测试其抗压强度、抗拉强度、黏聚力、内摩擦角等宏观力学参数,研究热冲击作用下花岗岩的宏观力学性质及其随冷却温度的演变规律。研究结果表明,(1)相同加热温度的花岗岩,经不同温度冷却介质热冲击破裂后单轴抗压强度、抗拉强度、黏聚力随着冷却介质温度的升高呈现降低趋势,内摩擦角随着冷却介质温度的升高而升高;(2)不同温度恒温水中热冲击下花岗岩的单轴抗压强度和抗拉强度呈有规律的劣化趋势,600 ℃花岗岩经100 ℃水热冲击处理后其抗压强度和抗拉强度仅为250 ℃是经20 ℃水热冲击作用后的30%;(3)黏聚力随着热冲击破裂程度的加剧呈减小趋势,内摩擦角呈明显增大趋势;(4)热冲击非定常传热对花岗岩力学性质具有劣化作用,干热岩地热人工热储的建造和井筒稳定性控制都需要考虑热冲击作用下花岗岩的强度随冷却介质温度的演变规律。

关键词: 花岗岩, 热冲击作用, 力学特性, 冷却介质温度, 演变规律

Abstract: The temperature of cooling medium has a significant influence on the mechanical properties of granite under the thermal shock, which is mainly determined by the number and density of internal cracks that are determined by the thermal shock velocity and thermal shock factor, but have no direct correlation with the temperature difference of thermal shock. In this paper, the self-developed rock thermal shock cracking test apparatus is used to study the evolution of macroscopic mechanical properties (e.g., the uniaxial compressive strength, tensile strength, cohesion and internal friction angle) granites, taken from Gonghe basin, Qinghai province, under thermal shock tests in water with different cooling temperature. The results show that, with the same heating temperature, the uniaxial compressive strength, tensile strength and cohesion of granite decrease with the increase of the cooling temperature, and the internal friction angle increase with the increase of the cooling temperature in water. The compressive strength and tensile strength of granite under thermal shock show a regular deterioration trend with the degree of thermal shock cracking. The compressive strength and tensile strength of granite heated up to 600 ℃ and rapidly cooled in 100 ℃ water, is only 30% of the granite heated up to 250 ℃ and rapidly cooled in 20 ℃ water. The cohesion of granite under thermal shock decreases with the increase of thermal shock cracking, while the internal friction angle increases obviously. The unsteady heat transfer caused by thermal shock has a degrading effect on the mechanical properties of granite. Therefore, the design and construction of drilling engineering and artificial reservoir in hot dry rocks, all requires to consider the influence of thermal shock on the strength.

Key words: granite, thermal shock, mechanical properties, cooling medium temperature, evolution rules

中图分类号: TU452
[1] 吴俊, 闵一凡, 征西遥, 韩晨, 牛富俊, 朱宝林, . 地质聚合物固化淤泥法制备再生细骨料的压缩变形特性研究[J]. 岩土力学, 2025, 46(S1): 159-170.
[2] 屈俊童, 时启壮, 郭颖杰, 张 翔, 刘 熠, 蒋德阳. 冻融循环作用下冰碛土力学特性及损伤机制研究[J]. 岩土力学, 2025, 46(9): 2859-2872.
[3] 侯小强, 杨芮, 李瑞冬, 樊小鹏, 郑佳乐, 侯宝胜, . 卵石土混合体随机生成方法与宏细观力学演化特性研究[J]. 岩土力学, 2025, 46(9): 2967-2979.
[4] 张培森, 王洪伟, 洪荒, 许大强, 陈增宝, 邓云驰, 梁展, 李金坤, 陈文豪, 崔乾, . 渗流-采动应力耦合作用下深部砂岩力学及能量演化规律研究[J]. 岩土力学, 2025, 46(7): 1997-2010.
[5] 高品红, 高晨博, 彭成威, 刘飞禹, . 降雨作用下花岗岩残积土边坡模型试验及离散元分析[J]. 岩土力学, 2025, 46(5): 1632-1642.
[6] 宋勇军, 卢云龙, 王双龙, 谢丽君, 操警辉, 安旭晨, . 岩石冻融过程未冻水含量演化特征及对力学特性影响研究[J]. 岩土力学, 2025, 46(4): 1049-1059.
[7] 尚召伟, 孔令伟, 鄢俊彪, 高志傲, 王斐, 黎澄生, . 非饱和花岗岩残积土的小应变剪切模量特性与其持水特征曲线确定方法[J]. 岩土力学, 2025, 46(4): 1131-1140.
[8] 张涛艺, 王家全, 林志南, 唐毅, . 细粒含量对砾性土路基劣化及静力剪切特性影响[J]. 岩土力学, 2025, 46(4): 1141-1152.
[9] 薛熠, 杨博鹍, 刘勇, 孙强, 张云, 曹正正, . 液氮循环冷冲击作用下高温花岗岩I型断裂特性研究[J]. 岩土力学, 2025, 46(2): 422-436.
[10] 吕志涛, 赵志远, 蔡毅, 夏才初, 段君义. 单向冻融作用下砂岩力学各向异性演化与损伤模型[J]. 岩土力学, 2025, 46(11): 3421-3430.
[11] 张瑨, 李书恒, 朱其志, 石玲玲, 邵建富, . 基于深度学习的岩石短长期本构模型及灰砂岩变形预测[J]. 岩土力学, 2025, 46(1): 289-302.
[12] 唐劲舟, 唐文豪, 杨科, 赵延林, 刘钦节, 段敏克, 谭哲, . 循环荷载作用下含倾斜单裂隙砂岩力学响应特征及渗流演化规律[J]. 岩土力学, 2025, 46(1): 199-212.
[13] 李宗恩, 刘星炎, 郑青松, 胡琪, 潘乾通, . 连通率对不同倾角结构面岩样力学特性影响研究[J]. 岩土力学, 2025, 46(1): 244-256.
[14] 王辉, 钮新强, 马刚, 周伟, . 干湿循环作用下堆石料宏细观力学特性的离散元模拟研究[J]. 岩土力学, 2024, 45(S1): 665-676.
[15] 周长冰, 闫俊豪, 李小双, . 花岗岩热破裂裂隙动态演化特性数值模拟研究[J]. 岩土力学, 2024, 45(S1): 694-704.
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