岩土力学 ›› 2026, Vol. 47 ›› Issue (3): 856-868.doi: 10.16285/j.rsm.2025.0632CSTR: 32223.14.j.rsm.2025.0632
蒋亚龙1, 2,周亚风1,徐彭楚璇1,张旗3, 4,邱思宝1
JIANG Ya-long1, 2, ZHOU Ya-feng1, XU Peng-chu-xuan1, ZHANG Qi3, 4, QIU Si-bao1
摘要: 在地下工程领域,研究全断面掘进机(tunnel boring machine,简称TBM)热损伤破岩技术时,传统的等温循环方案存在高能耗问题,极大地制约了其经济性及未来应用推广。为了应对这一难题,探索变温−水冷循环这一新型热加载方式对岩石的劣化效应,对于推动该技术的节能降耗与工程应用具有重要价值。通过开展单轴压缩、巴西劈裂及贯入试验,系统研究了极硬花岗岩经历3次不同高温(T1、T2、T3)水冷循环后的可掘性变化,分析了岩石破裂模式、形态、抗压强度、抗拉强度及贯入速率的演化规律。研究结果表明:随着初始温度T1的升高,岩石热致微裂纹由稀疏分布逐渐发展为网状分布,并由仅晶间裂纹扩展形成损伤破坏,破裂模式由劈裂拉伸转变为斜面剪切,破坏形态呈现脆性向延性过渡的特征,其中500 ℃为关键转折点;岩石强度的下降速率及贯入速率的提升率在T1处于500~600 ℃范围内达到最大,之后逐渐减缓并趋于稳定;当T1> 600 ℃后,贯入速率的提升幅度较600 ℃时有所减缓,但其绝对贯入性仍高于常温对照组;第2次高温T2(200~600 ℃)虽能进一步降低岩石强度、增大热致微裂纹密度和破碎区体积,但其对破裂模式与形态的影响弱于T1;贯入速率在T2为200 ℃时出现显著提升。因此,在极硬岩层TBM掘进中采用变温−水冷辅助破岩时,推荐采用初始高温600 ℃、后续200 ℃的循环方案。
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