基于DIC的高温砂岩劈裂力学特性研究

doi:10.16285/j.rsm.2020.0589

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

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. 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-jin^{1, 2}, JIN Ai-bing^{1, 2}, WANG Shu-liang^{1, 2}, ZHAO Yi-qing^{1, 2}, WEI Li-chang^{1, 2}, JIA Yu-chun^{1, 2}

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).

摘要/Abstract

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

中图分类号: TU 452

孙文进, 金爱兵, 王树亮, 赵怡晴, 韦立昌, 贾玉春, . 基于DIC的高温砂岩劈裂力学特性研究[J]. 岩土力学, 2021, 42(2): 511-518.

SUN Wen-jin, JIN Ai-bing, WANG Shu-liang, ZHAO Yi-qing, WEI Li-chang, JIA Yu-chun, . Study on sandstone split mechanical properties under high temperature based on the DIC technology[J]. Rock and Soil Mechanics, 2021, 42(2): 511-518.

参考文献

相关文章 15

[1]	张胜, 柏巍, 徐鼎平, 郑虹, 江权, 李志伟, 向天兵, . 循环荷载作用下砂岩损伤演化的声发射与电阻率监测及理论研究[J]. 岩土力学, 2025, 46(S1): 53-66.
[2]	秦立科, 郭瑞琦, 赵皓辰, 甄刚, 王琦, . 环境蒸发条件下石质文物毛细水动态分布规律影响研究[J]. 岩土力学, 2025, 46(S1): 354-365.
[3]	张春瑞, 纪洪广, 付桢, 张月征, 宋宇, 田竹华, 范文博, . 白云石对粉砂岩物理力学性质影响研究[J]. 岩土力学, 2025, 46(9): 2661-2675.
[4]	雷瑞德, 顾清恒, 胡超, 贺培, 周林森, . 裂隙砂岩声发射信号特征及破裂前兆识别研究[J]. 岩土力学, 2025, 46(7): 2023-2038.
[5]	倪祖甲, 乔江美, 张俊楷, 唐旭海, . 基于微观岩石力学试验及精确矿物晶体建模的砂岩力学性质及波速分析[J]. 岩土力学, 2025, 46(6): 1865-1880.
[6]	彭潇, 周剑, 张路青, 杨志法, 周唐富, 林雅苗, 杨多兴, . 实时高温和自然冷却条件下石英岩热损伤特征对比模拟研究[J]. 岩土力学, 2025, 46(6): 1943-1956.
[7]	吴青钱, 石露, 李小春, 白冰, . 水/超临界CO₂对低黏土含量砂岩力学性质影响的试验研究[J]. 岩土力学, 2025, 46(5): 1442-1454.
[8]	王桂林, 王力, 王润秋, 任甲山, . 干湿循环后贯通型锯齿状红砂岩节理面剪切本构模型[J]. 岩土力学, 2025, 46(3): 706-720.
[9]	吕志涛, 朱小宝, 罗嗣成, 夏才初, 曾祥太, . 砂岩多周期累积冻融变形特性及其微观机制试验研究[J]. 岩土力学, 2025, 46(2): 389-401.
[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]	杨松, 王俊光, 韦忠跟, 辛天宇, 梁冰, 王立轩, 任凌冉. 衰减振荡扰动下砂岩蠕变特性与模型初探[J]. 岩土力学, 2025, 46(11): 3485-3500.
[12]	陈石, 呼怀刚, 胡大伟, 杨福见, 周辉, 周玉玲, . 岩芯自适应连续刻划试验技术研究[J]. 岩土力学, 2025, 46(10): 3302-3314.
[13]	曹勇, 余飞, 黄康, 戴张俊, 陈善雄, 张志才, . 随机生成粗糙度的岩石-混凝土界面破坏特性研究[J]. 岩土力学, 2025, 46(1): 315-326.
[14]	吴鹏, 陈健, 付晓东, 黄珏皓, . 循环荷载作用下干燥与饱和泥质粉砂岩变形特性及其能量演化规律[J]. 岩土力学, 2024, 45(S1): 195-207.
[15]	杜金飞, 杜宇翔, 贾永胜, 孙金山, 姚颖康, 谢全民, 范焜晖, . 水−动力耦合作用下红砂岩变形破坏与能耗分析[J]. 岩土力学, 2024, 45(S1): 248-258.

Metrics

Viewed

Full text

Abstract

Cited

Shared

Discussed

基于DIC的高温砂岩劈裂力学特性研究

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

PDF (Chinese)

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

参考文献

相关文章 15

Metrics

本文评价

推荐阅读 0