文摘
不存在统一的标准对岩石力学特性的转换阈值。我们把岩石应力-应变曲线提出一种增量比基于花岗岩单轴压缩试验的轴向压力在高温度。应变增量比的行为,弹性模量、泊松比,分析了轴向压力和能源,以下的结论。(1)高温加剧恶化,减少失败的力量,提高延性特征。(2)加载下岩石发生compression-to-elasticity和elasticity-to-plasticity转换阈值,分别为20% -80% -35%和75%压力水平的温度在25 - 800°C。(3)源数据计算岩石变形参数或卸货点可以选择卸载测试的应力水平范围35% - -75%。
1。介绍
岩石力学测试聚集全球重要的关注。测试包括单轴和三轴、单应力和复杂应力路径,干燥和饱和环境、冻融和高温条件下,裂缝和孔隙压力,自然和预制样本,以及辅助方法(如声发射、电磁或红外辐射,和计算机断层扫描)和提供了重要成果1- - - - - -6]。
然而,一些难以量化的定性结论从可用的结果如下所描述的例子。(1)在应力-应变曲线,过渡区或转换阈值在compaction-to-elastic elastic-to-plastic阶段并不是量化和选择是不可避免地受到主观因素的影响。(2)当变形的应力-应变曲线是用来解决参数(弹性模量和泊松比),数据区间选择从用户到用户和往往是选择在符合客观事实的前提下。(3)没有统一的标准,选择卸载点的单轴或三轴卸荷试验。大多数以前的研究选择了岩石强度峰值的80%作为卸货点(表1)。这在计算相关的参数或设计中引入了混乱复杂的测试方案。
针对上述问题,霁(19)结合常规三轴压缩试验探索三轴压缩下岩石破坏过渡的关键价值(20.]。在这工作后,我们进一步研究岩石在高温后的力学性能在不同的压力条件下。
2。材料和方法
花岗岩样品用于测试收集从一个我在潍坊,山东,中国,平均密度为2.612克/厘米3在室温下。样本加工成标准圆柱的标本50 mm×H100毫米(误差±0.5毫米)后,国际岩石力学学会(ISRM)标准,如图1。执行的测试是使用一个MTS815.02电液伺服材料试验系统(图2)。
3所示。结果
花岗岩在高温下的单轴压缩试验数据给出了表2,典型的数据选择画出应力-应变曲线如图3。
压缩过程经过几个阶段包括压实、弹性、产量、失败和残渣。随着温度增加,应变增长率比压力增长率更加突出和延性特征。岩石强度的影响较小,当温度< 200°C。高于200°C,岩石强度降低近似线性。400至600°C,强度下降是更重要的21,22),如图4。
3.1。应变演化
单轴压缩下岩石应变只是与轴向压力有关。为了研究应力水平的影响,我们引入应变增量比的概念(轴向压力19,23- - - - - -25),即应变的增加比轴向压力的增加,这是表示如下: 在哪里轴向应变的增加吗 轴向压力的吗 和t;轴向压力的增加在哪里 轴向压力吗 和t。
应变增量比轴向压力是一个物理量,是快速或缓慢变化的应变与轴向压力。它反映了轴向压力变化对岩石变形和破坏的影响在加载,以及内部结构响应的变化外部macromechanical状态。更大的应变增量比率轴向压力与高灵敏度的岩石变形轴向压力的变化。应变增量之间的关系比轴向压力和压力水平是通过结合测试数据和方程(1),如图5。
(一)
(b)
(c)
(d)
(e)
应变的增量比率显示了轴向压力峰值在近似compression-to-elastic elastic-to-plastic过渡阶段的应力-应变曲线。这表明比值可以作为指标来评估岩石力学特性的改变。列出了相应的轴向压力的压力水平表3。
应该强调,(1)异构和各向异性岩石样本,和力学特性的过渡点应该在小应力范围;(2)一些标本也表现出强烈的反应应变增量比的轴向压力在压实阶段,这与他们的内部孔隙和裂隙的初始状态。
compaction-to-elastic过渡点的应力-应变曲线随着温度变化的影响,这是有关内部裂缝(21),而elastic-to-plastic过渡点在本质上并没有改变在80%左右的压力。
3.2。变形参数进化
弹性模量和泊松比都是岩石的重要力学参数,以及它们的变化是密切相关的变形和损坏。同样,变形参数的增量比轴向压力也可以获得: 在哪里弹性模量的增加吗 弹性模量的吗 和t;泊松比的增加吗 泊松比在吗 和t。
变形参数之间的关系和轴向压力和压力水平增量比数据所示6和7。
(一)
(b)
(c)
(d)
(e)
(一)
(b)
(c)
(d)
(e)
结果如图6和7符合这些图吗5,进一步表明增量比的显著变化的岩石参数轴向压缩可以作为其力学特性的指标。表4列出了在不同温度条件下压力。
3.3。应变能进化
为了进一步验证结果的准确性,我们分析了岩石应变能的变化。能量守恒定律,能量转换发生在岩石变形和破坏。热能的变化并不认为,因为标本后被冷却到室温的热处理和加载也在室温下进行。因此,根据热力学定律,能源生产主要来自外部力量的工作。在单轴压缩过程中,外部力量对岩石标本的轴向压力试验机。因此总能量吸收的岩石样本的轴向应变能18,26),然后 在哪里轴向应变在任何吗t。
根据方程(定积分的概念3),我们采用微量元素的方法区
前面描述的概念,结合增量应变能比轴向压力可以表示如下: 在哪里应变能的增加吗 的应变能量吗 和t。
图8显示了应变能之间的关系和应变增量比能量在加载轴向压力和压力水平。
(一)
(b)
(c)
(d)
(e)
岩石力学特性的阈值是一致的结论从应变,弹性模量和泊松比。列出了相应的轴向压力的压力水平表5。
临界点被认为存在于岩石加载期间compaction-to-elasticity和elasticity-to-plasticity转换。峰值在不同的参数对轴向压力的增加比率可作为评估压力水平的基础。
4所示。讨论
图9显示了加载对应关键compaction-to-elasticity和elasticity-to-plasticity转变点温度下花岗岩的压缩和变量。岩石力学特性的转换阈值获得不同参数的增量比轴向压力是在良好的协议。初始岩石状态的差异在一定程度上扩大在高温度。的门槛compression-to-elasticity过渡因此强烈受温度的影响。转换阈值通常发生在20% - -35%的压力。压力条件下岩石进入弹性阶段400 - 600°C。然而,elasticity-to-plasticity转换阈值和温度之间的关系是强大的和仍在75% - -80%的压力全面调查温度范围(25 - 800°C)。
(一)
(b)
基于上述结论,花岗岩的弹性模量在不同温度下进行了分析使用数据从40% - -70%的压力范围。结果如图所示10。弹性模量随温度的增加而不规则地减小,这与失败的行为是一致的力量。
因为岩石变形在弹性阶段是可逆的,不造成实质性的伤害,建议卸载点低于elasticity-to-plasticity转换阈值与复杂应力路径在卸载测试,以避免损害引起的高负荷后在测试。
5。结论
我们把高温花岗岩单轴压缩试验和轴向压力的增加率的概念。是得出以下结论:(1)随着温度增加,花岗岩由脆性向延性过渡失败。当温度超过200°C时,它的强度近似线性降低。(2)基于增量比花岗岩的分析参数(应变、变形参数和应变能)轴向压力,认为转变阈值压缩的弹性和弹性塑性20% - -35%和75% - -80%的压力水平,分别。(3)一般来说,岩石变形参数可以计算出的应力水平范围35% - -75%。在卸载的测试中,我们建议卸载点阈值低于elasticity-to-plasticity过渡。
数据可用性
使用的数据来支持这个研究的发现可以从相应的作者。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突有关的出版。
确认
这项研究是由江苏建设系统科技项目(指导)(2019 zd080),徐州科技计划项目(KC17156),中央大学的基础研究基金(2017 xkqy044和2017 xkqy045),和大学科研项目(博士课程)(JYJBZX19-08)。作者感谢以斯帖波斯纳博士从梨纹Bianji Edanz编辑(http://www.liwenbianji.cn/ac),编辑英语文本草案的手稿。