高温下石灰岩膨胀特性和力学特性的试验研究
石灰改良膨胀土击实样膨胀特性和力学性质试验研究
１ 试 验材 料 与 方 法
１ ． １ 膨 胀 土的 基本性 质
本试 验 膨胀 土取 自宁淮 高 速 公路 淮 安 路段 ， 具 体位 置位 于淮安 市洪 泽县 下高 速 １ ０ ０ ０ ｍ 左右 路 口
处 。膨胀 土颜 色呈 黄 褐 色 ， 其 中混 杂有 坚 硬 的礓 石
关键词
膨胀土
石灰
膨胀性
室 内试验
路基填料
中图法分类 号 Ｔ Ｕ ４ ４ ３ ；
文献标志码
Ｂ
天 然膨 胀 土在工 程特 性方 面适 用性 较 差 。经过
工程性 质 ， 为膨 胀 土 的改 良方 案选 择 以及 相 关膨 胀 土工 程 的设 计 提供科 学依 据 和参考 。
压 实后 的天 然膨 胀 土 其 膨 胀 变形 和膨 胀 力 均 较 大 、
２ ７ ０
科
学
技
术
与
工
程
１ ４卷
剂量超过某一值后 ， 过多的石灰在土中 自由存在 ， 反 而会 导 致石 灰土 强 度 降低 ， 使 其力 学 性 变 差 。根 据 前人 的研究 成 果 ， 本 次 试 验 中掺 灰 率 采 用 ２ ％ 干 土 重， 掺灰 后 ， 含水 率下 降在 ２ ％～ ４ ％之 间 ， 膨胀 土 黏 性 大大 降低 ， 有利 于 天然土 的 团粒化 ， 离散化 。首先 制备试 样 ， 在天 然膨胀 土掺 入 ２ ％ 石灰 进行 砂 化 ， 配 制 含水 率为 １ ６ ． ５ ％、 １ ８ ． ６ ％和 ２ ０ ． ５ ％ 石灰 改 良土试 样 。试 样 均 分 层 击 实 而 成 ， 按压 实度 ９ ０ ％、 ９ ３ ％、 ９ ６ ％制 成环 刀样 ， 环 刀样放 置在潮 沙 中养护 ， 养 护龄 期为 ７ ｄ 、 １ ４ ｄ和 ２ ８ ｄ 。试 验 依 据 《 土 工 试 验 方 法 标 准》 （ Ｇ Ｂ／ Ｔ ５ ０ １ ２ ３ －１ ９ ９ ９ ） 进行 。
石灰岩和砂岩高温力学特性的试验研究
石灰岩和砂岩高温力学特性的试验研究秦本东;何军;谌伦建【期刊名称】《地质力学学报》【年(卷),期】2009(15)3【摘要】利用自行研制的岩石加温装置和RMT-150C岩石力学试验机,对石灰岩和砂岩试样高温后的力学特性进行了试验研究.试验结果表明,随着温度升高,两种岩石纵波波速逐渐减小.单轴压缩过程中的全程应力应变曲线经历了压密、弹性、屈服、破坏4个阶段;达到峰值应力后两种岩石均发生脆性破坏,砂岩破坏时呈锥形炸裂,而石灰岩则呈草捆状破坏.高温对两种岩石的强度都有一定的弱化作用,其峰值应力都随温度升高而降低,石灰岩700℃时强度降幅达84.59%,而砂岩强度仅比常温降低22%左右.两种岩石的峰值应变都随温度升高逐渐增大,但具体表现不尽相同,石灰岩500℃时应变增加了30.57%,500℃之后峰值应变基本无变化,甚至到700℃时还略有降低;砂岩700℃时峰值应变增加了80.63%,其峰值应变的变化与其微观结构变化相关.随着温度升高,两种岩石的弹性模量和变形模量均减小,700℃时石灰岩弹性模量降幅为86.8%,砂岩弹性模量降幅为46.94%;700℃时石灰岩变形模量下降了83.9%,砂岩的变形模量下降了53.06%.【总页数】9页(P253-261)【作者】秦本东;何军;谌伦建【作者单位】长安大学地质工程与测绘学院,陕西西安,710056;河南理工大学土木工程学院,河南,焦作,454003;河南理工大学土木工程学院,河南,焦作,454003;河南理工大学材料科学与工程学院,河南焦作,454003【正文语种】中文【中图分类】TU452【相关文献】1.一维动静组合加载下石灰岩力学特性试验研究 [J], FANG Zhao-hui;PING Qi;ZHANG Hao2.化学溶蚀及高温作用下砂岩力学特性的试验研究 [J], 李哲;陈有亮;王苏然;印宇澄;彭晨鑫3.不同加载速率下石灰岩与砂岩的声发射特征试验研究 [J], 江博为; 曾晟; 唐子龙4.高温下石灰岩膨胀特性和力学特性的试验研究 [J], 秦本东;门玉明;谌伦建;何军5.砂岩与石灰岩热膨胀力试验研究 [J], 谌伦建;赵洪宝;刘希亮;黄小广因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
石灰改良膨胀土物理力学研究综述
石灰改良膨胀土物理力学研究综述发表时间：2020-08-13T10:29:49.690Z 来源：《城镇建设》2020年第12期作者：庞赞龙李静[导读] 对石灰改良膨胀土机理、物理力学性质的研究现状进行了综述摘要:对石灰改良膨胀土机理、物理力学性质的研究现状进行了综述，总结出石灰改良后膨胀土的物理力学特性明显改善,胀缩性降低或消除，收缩变形减少，强度增强，压缩性降低；影响石灰改良效果的主要因素为:灰剂量、龄期、含水率、养护条件等。
并指出了需要进一步开展研究的问题。
关键词:石灰改良膨胀土；物理力学特性；改良效果；影响因素1 前言膨胀土在我国分布广泛，在一些地方，由于缺少可直接用于路基的筑路材料，被迫利用当地的膨胀土来填筑路基，而膨胀土具有吸水膨胀和失水收缩的不良特性，如果处理不当，路基将会出现膨胀变形，导致路面发生破坏，威胁到道路的安全运营。
因此，膨胀土如用作路基填筑填料，必须经过改良处治。
利用石灰进行改良是应用较多的膨胀土改良方法之一，掺入石灰后膨胀土的物理力学特性明显改善，可以达到路基填筑的要求。
目前许多学者对石灰改良膨胀土的物理力学性质进行了研究，并取得了一定的成果。
2石灰改良膨胀土物理力学研究膨胀土具有吸水后膨胀、软化，强度降低；失水后收缩、开裂等工程特性。
《公路路基设计规范》(JTGD30-2015)提出了以自由膨胀率为膨胀土的初判指标，以标准吸湿含水率为详判分级指标，膨胀土用作路基填料时应以击实膨胀土的胀缩总率作为分类指标。
同时规定，当采用弱、中等膨胀土作为填料时，应进行掺无机结合料处理，处置后的膨胀总率不得超过0.7%。
可见，路用石灰改良膨胀土的改良效果应重点研究改良土的自由膨胀、标准吸湿含水率、胀缩总率以及强度等。
当前国内针对石灰改良膨胀土物理力学性质的研究主要包括改良土的胀缩性、强度及其他物理性质研究。
2.1 石灰改良膨胀土胀缩性研究膨胀土吸水后膨胀失水后收缩，产生的胀缩变形较大，可能对工程结构物造成的较大的危害。
石灰岩和砂岩高温力学特性的试验研究
图#
6-7 8 #
高温加热系统
9:;<-.7 =>=<:, ?@A B-7B <:,C:A;<DA:
高温前后均测试 试 样 的 纵 波 波 速， 超 声 波 测 试 采 用 EF3’4 型 非 金 属 超 声 检 测 分 析 仪， 发射电压为 $&& G，采样周期为 & 8 ’ ! =，传感器与试样之间用黄油做耦合剂。 采用中国科学院 武 汉 岩 土 力 学 研 究 所 研 制 的 HFI3*$&J 型 伺 服 试 验 机 进 行 单 轴 压 缩 试 验，力行程控制方式加载，速率为 # KE+=； $ ,, 位 移 传 感 器 测 量 试 样 的 轴 向 位 移， *&&& KE 的力传感器测量试样的轴向荷载。
研究，总结出高温花岗岩力学性质的变化主要与其结构成分中矿物颗粒热膨胀效应发生热应
［ )"］力作用有关 ；朱合华等 !""’ 年对不同高温后 熔结 凝 灰 岩、 花 岗 岩 及 流 纹 状 凝 灰 角 砾 岩 的
力学性质进行了研究，分析比较了 * 种岩石峰值应力、峰值应变及弹性模量随温度的变 化规
［ ))］ ［ )!］ 律 ；苏承东等 !""( 年研究了粗砂岩高温后各力学参数的变化 ；谌伦 建等 !""# — !""( 年 ［ )* ， )+］ 研究了石灰岩和砂岩的膨胀特性和微观结构变化 。目前，这一方面的研究仍在多领域多
收稿日期： $%%&>%?>!# 基金项目：国家自然科学基金资助项目 （ "%$@?%#A ， "%"@?%#@） 。 作者简介：秦本东 （ !&@@>） ，女，讲师，主要从事岩土工程方面的教学与研究工作。 0>BCD8： EDFG:FH7FI J K;L 9 :HL 9 MF
高温状态下石灰岩力学特性试验研究
高温状态下石灰岩力学特性试验研究张连英1，2，茅献彪1,卢爱红1，李玉寿1，马占国11中国矿业大学理学院,徐州（221008）2徐州工程学院计算科学系，徐州（221008）E-mail: zhanglianying@摘要：对河南焦作地区某矿区的石灰岩试件在高温下的力学性能进行试验研究，揭示石灰岩的强度和变形特性随温度的变化规律。
试验结果表明：随温度升高，各力学参数不同程度变化。
其抗压强度在常温～500℃时呈上升变化，而由500℃～800℃时呈下降变化；弹性模量在常温～500℃时呈上升趋势，但变化不明显，500℃～800℃呈剧烈下降变化。
关键词：岩石力学；石灰岩；高温；单轴抗压强度；应力—应变曲线；弹性模量1引言处理高温环境下的岩石工程问题是对岩石力学新的挑战。
高放射性核废料的地层深埋处置、地热资源开发以及大都市圈的大深度地下空间开发利用等工程所处的地质环境—周围岩体均可能经历一定的高温，这就需要考虑岩石在高温作用下的强度及变形特性，其相关力学参数是岩石地下工程开挖、支护设计、围岩稳定性分析不可或缺的基本依据。
目前，国内外学者对岩石在高温、高压下的各种物理力学性能进行了比较多的研究 [1～3]，而对高温下岩石的物理力学特性研究较少。
因此，本文从基本力学性质的研究入手,探讨了石灰岩在单轴压缩(常温～800℃)状态下主要力学参数随温度的变化规律,得到了一些有意义的结论。
2试验装置及试验方案2.1 试样采取本试验所用式样为20块石灰岩，试样采自河南焦作地区某矿区的73﹟，77﹟，75﹟等三个钻孔中。
石灰岩呈灰色，考虑到不同尺寸、形态、高度直径比对岩石强度影响，及本试验要在环境箱及高温炉中进行的特殊性，所以本次试验的岩样加工成直径为20.00㎜左右，高为45.00㎜左右的圆柱体。
加工时首先用钻筒钻取相同直径的岩样，然后用切割机截取相同高度岩样，最后用打磨机将岩样的两个截面磨平，以便于岩样的加载。
此种石灰岩在常温下平均单轴抗压强度为128.45Mpa。
高温岩石的热学和力学性质的研究现状及展望
高温岩石的热学和力学性质的研究现状及展望
高温岩石的热学和力学性质是探讨地质学和地球科学规律的关键，近年来受到越来越
多的关注。
在研究热力学和力学性质中，对气体、液体及固体岩石在高温环境下的性能及
其机制进行了深入的研究。
当前，高温岩石的热力学性质研究主要集中在几个方面，例如在高温环境下岩石的压缩、扩展及热传导、热改变以及岩石在高温环境下的稳定性等。
目前针对热力学特性的研
究大多是以实验的形式进行的，采用的手段有X射线衍射、显微镜观察、X射线光谱和实
验测定等手段。
现有的研究成果表明，温度变化会影响岩石的力学特性，岩石的抗压强度
会因温度升高而增大，而抗拉强度则会随温度降低而降低。
随着研究取得的进展，高温岩石力学性质研究也越来越广泛，已经开展了矿物力学性质、岩石温度和压力对力学性质的影响、粉质岩石力学特性计算和参数确定等方面的研究，其中粉质岩石力学性质的研究利用了颗粒力学模型，尝试分析致密粉质岩石的力学特性。
此外，研究人员也通过参数化研究的方法，结合温度、压力等环境因素，建立相应的
力学参数模型，以及不同类型岩石的力学参数之间的关系，多维空间中研究参数在不同环
境因素下的变化规律。
从而检验及确定地质和力学参数、力学模型，并可以解释出高温下
岩石的性能变化。
总体来说，高温岩石的热力学及力学特性的研究工作还处于初级阶段，还有许多有待
科学研究的问题需要深入探讨，例如开展更多的实验研究、在多维空间中建立模型及模拟、深入研究不同温度下岩石的变形机理、探索复杂地柱和混合岩石性质及其力学行为等，以
期对地球内地质构造、地球深部动力学及火山爆发等问题提供科学依据。
3种岩石高温作用下力学性能的实验研究
3 种岩石高温作用下力学性能的实验研究
张连英 1，茅献彪 2，卢爱红 2
（1 徐州工程学院 数理学院，江苏 徐州，221008；2 中国矿业大学 理学院 ，江苏 徐州，221116)
摘 要：采用电液伺服材料力学实验系统对常温~800℃高温作用下大理岩、石灰岩、砂岩的力学性能进行了研究,考察了 三种岩石的全应力-应变曲线，并比较了峰值应力 p 、峰值应变 p 、弹性模量 E 随温度的变化特征。结果表明：高温 作用下 3 种岩石的峰值应力、弹性模量均有不同幅度的降低。对于峰值应变，石灰岩的峰值应变随温度升高而大幅度的 增加；但对于大理岩、砂岩的峰值应变在常温~200℃之间随着温度升高在降低，当温度高于 200℃后峰值应变随温度升 高迅速增长。研究结果一定程度上反映了三种岩石在温度作用下力学性质的变化规律，可为相关岩体工程设计与研究提 供参考。 关键词：岩石力学；高温作用；力学性能；实验研究
图 2 高温下大理岩单轴压缩应力-应变曲线 Figure 2 Axial stress-strain curves of under-high-temperature marble
2
图 3 高温下石灰岩单轴压缩应力-应变曲线 Figure 3 Axial stress-strain curves of under-high-temperature limestone
Fig.4
图 4 高温下砂岩单轴压缩应力-应变曲线 Axial stress-strain curves of sandstone at higБайду номын сангаас temperature
3.2
峰值应力 p 的变化特征 3 种岩石的峰值应力随温度的变化规律如图 5~7 所示：从总体规律上看，高温下 3 种岩石的峰值应
高温高压条件下岩石力学特性实验研究
高温高压条件下岩石力学特性实验研究岩石力学是研究岩石在外界力作用下力学性质和变形规律的科学。
随着石油、天然气、地热等资源的开发利用和工程建设的迅速发展，对岩石力学特性的研究需求不断增加。
尤其在高温高压条件下，岩石受到的力作用更加复杂和严峻。
高温高压条件下的岩石力学实验研究是在模拟地下深部环境中进行的。
通过施加高温和高压条件，可以模拟地球深部的温度和压力环境，从而更好地理解和预测地下岩石的力学行为。
在高温高压条件下进行岩石力学实验研究，主要包括以下几个方面：1. 实验装置设计：实验装置设计是高温高压条件下岩石力学实验的关键。
为了模拟深部地下环境，需要设计合适的高温高压实验仪器，并选择适当的传感器和数据采集系统。
这样可以实时监测和记录岩石受力过程中的各个参数，例如温度、压力、应力、变形等。
2. 材料选择：在高温高压条件下，岩石的物理和力学性质可能发生显著变化。
因此，在实验研究中需要选择适当的岩石样本，并进行前期的物性测试。
同时，还需要考虑岩石样本的大小和形状，以及样本之间的连续性和均匀性。
3. 实验参数控制：在高温高压条件下，实验参数的控制是确保实验结果准确可靠的关键环节。
可以通过控制加热、降温速率和压力变化率等参数来模拟不同温度和压力条件下岩石的力学行为。
此外，还需要考虑实验时间的选择，以保证实验结果的稳定性和重复性。
4. 数据分析和结果讨论：完成岩石力学实验后，需要对实验数据进行分析和结果讨论。
可以利用岩石力学理论和模型对实验结果进行解释和验证。
同时，还可以比较不同试验条件下的结果，探讨岩石力学参数与温度、压力变化之间的关系。
高温高压条件下岩石力学实验研究的意义和应用广泛。
首先，对于深部地下工程和资源开发具有重要的指导意义。
例如，在油气勘探和开发中，了解岩石在高温高压环境下的力学特性可以帮助更好地设计和优化钻井、注水和压裂等作业方案。
此外，在地热能开发、地下储气库建设和核废料地质处置等领域也有重要应用价值。
石灰改良膨胀土击实样膨胀特性和力学性质试验研究
石灰改良膨胀土击实样膨胀特性和力学性质试验研究陈雷;张福海;范云中;李娇娜;吴锐【摘要】本文以宁淮高速公路淮安段膨胀土填料为研究对象,通过室内试验研究石灰改良膨胀土作为路基填料的膨胀性和力学性质.在天然膨胀土2％石灰砂化的基础上,制备不同初始含水率与压实度的石灰改良土,进行不同养护龄期的有荷膨胀率和强度特性试验.试验结果表明:石灰改良土线膨胀率和膨胀力均有大幅度的降低,且随含水率和养护龄期保持减小趋势、随压实度保持增大趋势;石灰改良土无侧限抗压强度、黏聚力、内摩擦角均有一定程度的提高.因此,石灰改良膨胀土作为路基填料的施工工艺在工程中是可行的,为膨胀土改良方案选择以及膨胀土地区公路路基设计和现场施工提供科学依据和参考.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2014(014)004【总页数】4页(P269-272)【关键词】膨胀土;石灰;膨胀性;室内试验;路基填料【作者】陈雷;张福海;范云中;李娇娜;吴锐【作者单位】河海大学岩土工程研究所;河海大学教育部堤坝与岩土工程重点实验室,南京210098;河海大学岩土工程研究所;河海大学教育部堤坝与岩土工程重点实验室,南京210098;镇江市农业委员会,镇江212009;长江水利委员会长江勘测规划设计研究院,武汉430010;中南地产集团,南通226000【正文语种】中文【中图分类】TU443天然膨胀土在工程特性方面适用性较差。
经过压实后的天然膨胀土其膨胀变形和膨胀力均较大、强度随含水率增大而急剧降低，不能直接作为路基填土等的工程应用，膨胀土给工程带来的灾害性，必须经过处理后才能在工程中使用［1，2］。
正是这种严重的灾害驱使前人对膨胀土进行改良，前人提出了不少有效的处理方案，目前处理膨胀土的方法主要是化学改性，如掺石灰、水泥、粉煤灰、氯化钠、氯化钙和磷酸等来稳定膨胀土［3—5］。
但各种处理方案都有其优缺点，也都存在一定的问题。
其中用掺石灰处理膨胀土是最普遍和有效的方法。
石灰岩和砂岩高温力学特性的试验研究
关键词 ：石灰 岩 ；砂 岩 ；高温 ；纵波 波速 ；力学 性质 ；单 向约束条 件
中图分 类号 ：Ｔ ４２ Ｕ ５ Nhomakorabea 献标识码 ：Ａ
０ 引 言
高温作 用对 岩土介质 的影 响 已在 能源 、地质 、土木 等众 多领域 中被提 出来 ，例如 煤炭地
下气 化 、矿下煤 与瓦斯爆 炸 、煤 炭开 采过程 中煤 炭 自燃 、各 种硐室 及地下 工程 在经受 火灾后
摘 要 ：利 用 自行 研 制的岩 石加 温装 置和 Ｒ Ｔ １０ Ｍ －５ Ｃ岩 石力 学试 验机 ，对 石 灰岩 和
砂 岩试样 高温后 的力 学特性进 行 了试 验研 究。试 验结果 表 明 ，随着 温度 升高 ，两种 岩 石纵波 波速 逐 渐减小 。单轴压 缩过 程 中的全 程应 力 应 变 曲线 经历 了压 密、弹 性、 屈服 、破坏 ４个 阶段 ；达 到峰值 应力后 两种岩 石均发 生脆 性破坏 ，砂 岩破坏 时呈 锥 形炸裂 ，而石灰岩 则呈 草捆状破 坏。 高温 对 两种 岩 石 的强度 都 有 一定 的弱化 作用 ，
其峰值 应力都 随温度 升高 而 降低 ，石灰 岩 ７０ ℃ 时强度 降幅达 ８ ．９ ，而砂 岩 强 ０ ４５ ％
度 仅 比常温 降低 ２ ％左 右 。 两种 岩 石 的峰 值 应 变都 随 温度 升 高逐 渐增 大 ，但 具体 ２ 表 现不 尽相 同，石灰 岩 ５０ ｏ 应 变增 加 了 ３ ．７ ０ Ｃ时 ０ ５ ％，５ ０℃之 后 峰值 应变 基本 无 ０ 变化 ，甚 至到 ７ ０ｏ ０ Ｃ时还 略有 降低 ；砂 岩 ７０ ｏ 峰值 应 变增 加 了 ８ ．３ ，其峰 ０ ｃ时 Ｏ６ ％ 值 应变 的变化 与其微观 结构 变化相 关。 随着温度 升高 ，两 种岩石 的弹性模 量和 变形 模量 均 减 小 ，７ ０ ｏ ０ Ｃ时 石 灰 岩 弹 性 模 量 降 幅 为 ８ ．％ ，砂 岩 弹 性 模 量 降 幅 为 ６８ ４ ．４ ６ ９ ％；７０ ｏ 时 石 灰 岩 变 形 模 量 下 降 了 ８ ． ％ ，砂 岩 的 变 形 模 量 下 降 了 ０ Ｃ ３９
石灰改良膨胀土的物理力学性状试验研究与工程应用的开题报告
石灰改良膨胀土的物理力学性状试验研究与工程应用的开
题报告
1.课题背景：
膨胀土是指一种具有膨胀性的土壤，其水分含量会因压缩而减少而导致土体体积增大，进而引起土壤结构的变形破坏。
在工程建设中，膨胀土的存在经常造成工程事故，如路基沉降、建筑物裂缝等。
因此，研究膨胀土的改良方法具有重要的工程应用价值。
目前，石灰在改良膨胀土方面具有广泛应用。
石灰作为一种碱性物质，可以与膨胀土中的粘粒发生化学反应，提高土的强度和稳定性，减小土壤结构的变形。
然而，石灰改良膨胀土的物理和力学性质还需进一步研究和探索。
2.研究目的：
本研究旨在通过对石灰改良膨胀土的物理力学性状试验进行研究，探讨石灰对膨胀土的影响和作用机理，为工程应用提供理论指导和技术支持。
3.研究内容：
(1)研究不同种类的石灰对膨胀土强度和稳定性的影响。
(2)分析石灰改良膨胀土的水分敏感性和耐久性。
(3)测定石灰改良膨胀土的压缩特性和变形特性。
(4)分析石灰改良膨胀土的力学参数和变形特征。
4.研究方法：
(1)采取试验室模拟的方法，对不同配比的石灰与膨胀土进行混合反应，并进行室内力学特性测试。
(2)通过野外取土、试验室测试与理论分析相结合的方法，对不同条件下膨胀土的物理力学特性进行研究。
(3)运用软件对石灰改良膨胀土的力学参数进行数值分析和计算。
5.预期研究成果：
(1)揭示石灰改良膨胀土的物理和力学特性。
(2)评估石灰改良膨胀土的稳定性和水分敏感性。
(3)推导出石灰改良膨胀土的力学模型和参数，为工程应用提供理论依据和技术支持。
高温后粉砂岩动态力学特性及破坏机理研究的开题报告
高温后粉砂岩动态力学特性及破坏机理研究的开题报告
一、研究背景
随着我国经济的快速发展，建筑、交通、水电等基础设施建设不断加快，对于研究岩石的动态力学特性及破坏机理显得尤为重要。
其中，粉砂岩作为一种广泛应用于
地下隧道、地下空间以及高速公路等工程建设中的常见围岩，其力学性能及其稳定性
一直是工程建设中的重要问题。
尤其在高温环境下，粉砂岩的力学性质往往会发生变化，其破坏机理也随之发生改变，因此，对粉砂岩在高温环境下的动态力学特性和破
坏机理进行研究，对于进一步提高工程建设的安全性和有效性，具有重要的研究价值。
二、研究目的
本研究旨在通过对粉砂岩在高温环境下的动态力学特性和破坏机理进行深入探究，为工程建设提供可靠的理论支持和技术保障。
三、研究方案
1. 文献综述：对国内外关于粉砂岩在高温环境下力学性质及其破坏机理研究的文献进行综述和分析，梳理现有研究成果，为本研究提供参考。
2.高温实验：通过高温环境下进行材料的实验，目的是重现实际工程条件下的物理过程，测试出粉砂岩的动态力学特性和抵抗高温膨胀的能力。
3. 数学模型：引入岩土力学的理论和方法，建立粉砂岩的数值模型，分析高温环境下粉砂岩的破坏机理，预测粉砂岩在不同温度下的强度和稳定性。
四、研究意义
通过实验和数值模拟，本研究旨在探究粉砂岩的高温强度和稳定性，为工程建设提供基础数据和理论支持。
同时，可以深入了解粉砂岩在高温环境下的变化机理，为
实际工程操作提供可靠的指导意见，进一步提高工程建设的安全性和有效性。
岩石高温相变与物理力学性质变化
岩石高温相变与物理力学性质变化本文旨在探讨岩石在高温条件下相变及物理力学性质的变化。
简要介绍岩石高温相变和物理力学性质变化的概念及意义；阐述岩石高温相变的机理，包括温度、压力、化学反应等因素的影响；再次，介绍岩石高温相变后产生的矿物学性质和物理力学性质的变化；第四，详细介绍岩石高温相变的过程，包括温度变化、时间效应、相变过程的物理化学变化等；阐述岩石高温相变后物理力学性质的变化及其对工程应用的影响，并做出结论。
岩石高温相变是指岩石在高温条件下发生物理性质和化学性质的变化。
这些变化主要包括晶格结构、成分和内部自由能的变化。
岩石高温相变的机理十分复杂，其中包括温度、压力、化学反应等因素的共同作用。
温度是岩石高温相变的重要影响因素。
当温度升高时，岩石内部的原子振动加剧，导致晶格结构发生畸变，进而产生相变。
压力也能够显著影响岩石高温相变，高压力会导致岩石内部结构发生压缩，进而影响相变过程。
化学反应也是岩石高温相变的重要因素之一，例如在高温条件下，岩石内部的化学成分会发生迁移和反应，进而导致相变。
岩石高温相变后会产生显著的矿物学和物理力学性质的变化。
这些变化包括体积、密度、硬度、弹性模量等。
例如，在高温相变过程中，岩石内部的矿物成分和结构会发生改变，导致体积和密度的变化。
硬度和弹性模量也会在相变过程中发生显著变化。
这些变化将对岩石的工程应用产生显著影响。
岩石高温相变的过程包括温度变化、时间效应和相变过程的物理化学变化。
温度变化是岩石高温相变的前提条件。
在高温条件下，岩石内部的原子振动加剧，导致晶格结构发生畸变。
随着温度的持续升高，畸变程度加剧，最终导致相变。
时间效应是岩石高温相变的另一个重要因素。
在相变过程中，岩石内部的物理和化学变化需要一定的时间才能完成。
时间的长短取决于温度、压力等因素的共同作用。
在工程应用中，应充分考虑时间效应对岩石高温相变的影响。
相变过程的物理化学变化是岩石高温相变的核心。
在相变过程中，岩石内部的矿物成分、结构和化学性质会发生显著变化。
高温岩石的热学和力学性质的研究现状及展望
高温岩石的热学和力学性质的研究现状及展望High temperature rock thermodynamics and mechanics research status and prospects随着矿物物理和矿物力学的发展，高温岩石的热学和力学性质也受到了越来越多的关注。
高温岩石的热学和力学性质的研究可以帮助我们更好地了解岩石的特性，从而有助于提高矿物开采和处理的效率。
High temperature rock thermodynamics and mechanics have been attracting more and more attention with the development of mineral physics and mineral mechanics. The research of thermodynamics and mechanics of high temperature rocks can help us better understand the characteristics of rocks, thus helping to improve the efficiency of mineral mining and processing.高温岩石的热学和力学性质的研究，主要是通过实验室实验来研究岩石的温度、压力、弹性模量、热膨胀系数等物理性质，以及岩石的结构和组成等。
近几年来，随着实验室实验技术的不断更新和改进，高温岩石的热学和力学性质的研究也取得了很大进步。
The research of thermodynamics and mechanics of high temperature rocks is mainly carried out by laboratory experiments to study the physical properties of rocks such as temperature, pressure, elastic modulus, thermal expansion coefficient, and rock structure and composition. In recent years, with the continuous updating and improvement of laboratory experimental technology, the research of thermodynamics and mechanics of hightemperature rocks has also made great progress.未来，高温岩石的热学和力学性质的研究将继续发展，有可能在实验室实验技术方面取得更多的进步。
高温高压下岩石变形的实验观察
高温高压下岩石变形的实验观察岩石是地球上最常见的物质之一，它们构成了地壳的主要组成部分。
然而，岩石在地壳深处经历了高温高压的环境，这对它们的物理特性和变形行为产生了重要影响。
为了更好地理解岩石在高温高压下的变形过程，科学家们进行了一系列实验观察。
首先，让我们来了解一下高温高压对岩石的影响。
在地壳深处，温度和压力都比较高。
温度的升高会导致岩石中的矿物发生相变，从而改变了岩石的物理性质。
压力的增加则会使岩石变得更加致密，并且增强了岩石内部的应力。
这些因素共同作用下，岩石在高温高压下发生了不同的变形过程。
实验观察是研究高温高压下岩石变形的重要手段之一。
科学家们通常使用高温高压实验室设备，如高温高压炉和压力容器，来模拟地壳深处的环境。
他们选择不同类型的岩石样本，并将其置于实验设备中，然后通过控制温度和压力来观察岩石的变形行为。
在实验过程中，科学家们使用了各种观测方法来记录岩石的变形过程。
其中一种常用的方法是使用显微镜观察岩石的微观结构。
通过放大岩石样本的显微图像，科学家们可以看到岩石中的微观变形特征，如晶体的滑移和破裂。
这些观察结果可以帮助科学家们理解岩石在高温高压下的变形机制。
此外，科学家们还使用了其他一些实验技术来观察岩石的变形过程。
例如，他们可以使用声波或X射线来测量岩石样本的弹性模量和断裂强度。
这些实验数据可以提供有关岩石变形性质的重要信息。
此外，科学家们还可以使用电子显微镜和扫描电子显微镜等高分辨率仪器来观察岩石的微观结构和化学成分。
通过实验观察，科学家们发现了一些有趣的现象。
例如，在高温高压下，岩石中的矿物会发生相变，形成新的矿物相。
这些相变过程可以改变岩石的物理性质，例如硬度和脆性。
此外，岩石在高温高压下还会发生塑性变形，即岩石的形状和体积会发生可逆性的改变。
这些变形过程可以通过观察岩石的微观结构来研究。
实验观察还揭示了岩石变形的一些规律。
例如，科学家们发现，岩石的变形行为与其组成矿物的物理性质密切相关。
《2024年超高温条件下花岗岩力学性质演化规律模拟研究》范文
《超高温条件下花岗岩力学性质演化规律模拟研究》篇一摘要随着地球科学和工程技术的不断发展，对高温环境下岩体（特别是花岗岩）的力学性质研究变得日益重要。
本文利用先进的模拟技术，针对超高温条件下花岗岩的力学性质演化规律进行了深入研究。
通过模拟实验，我们探讨了温度对花岗岩力学性质的影响，并分析了其内在的物理机制。
一、引言花岗岩作为一种常见的岩石类型，在地球的构造和地表工程中扮演着重要角色。
了解其在超高温条件下的力学性质演化规律，对于地质灾害预测、地热资源开发以及地下工程稳定性评估等具有重要意义。
然而，由于实验条件的限制，直接在超高温环境下进行花岗岩的力学性质研究存在很大难度。
因此，采用模拟技术成为了一种有效的研究手段。
二、模拟方法与实验设计本研究采用了先进的分子动力学模拟方法，结合实际的花岗岩成分和结构，建立了三维模型。
通过逐步提高模拟环境的温度，观察花岗岩在不同温度下的力学性质变化。
实验过程中，我们设置了多个温度梯度，以更全面地了解超高温条件下花岗岩的力学性质变化。
三、结果分析1. 弹性模量的变化：随着温度的升高，花岗岩的弹性模量呈现逐渐降低的趋势。
在超高温条件下，花岗岩的刚性明显减弱，表明其抵抗变形的能力降低。
2. 强度与韧性的变化：在超高温下，花岗岩的抗压强度和抗拉强度均有所下降。
同时，其韧性也表现出明显的降低趋势，表明在高温环境下，花岗岩更容易发生脆性断裂。
3. 微观结构的变化：在超高温作用下，花岗岩内部的矿物颗粒和晶体结构发生了明显的变化。
部分矿物颗粒出现膨胀、破碎等现象，导致岩石的微观结构变得松散。
4. 物理机制分析：超高温条件下，花岗岩内部的化学键和物理结构发生了变化。
一方面，温度升高导致矿物颗粒内部的原子振动加剧，破坏了化学键的稳定性；另一方面，温度还影响了矿物颗粒之间的相互作用力，导致了整体力学性质的降低。
四、讨论与展望本研究通过模拟技术对超高温条件下花岗岩的力学性质演化规律进行了深入研究，得出了若干重要结论。
高温作用后灰岩物理力学性质变化试验研究
以后物理力学性质参数的变化。 目前国内外已经有很
后力学性质研究的基础上,通过马弗炉对灰岩试样在不
多学者对高温加热后岩石的物理力学性质变化进行过
同温度条件下进行预热,分析了高温后灰岩各力学参数
研究,取 得 了 一 定 的 研 究 成 果 [3 - 8] 。 徐 小 丽 等 [9] 利 用
的变化原因和变化规律,以期为高温后地下岩体工程的
速下降,两者都在试样加热到 500℃ 后下降速率开始变缓;350℃ 是灰岩泊松比发生突变的转折点。
关 键 词:灰岩; 高温作用; 地下工程; 纵波波速; 峰值应力; 峰值应变
中图法分类号: TU443 文献标志码: A
DOI:10. 16232 / j. cnki. 1001 - 4179. 2020. 11. 033
(1. 南京大学 地球科学与工程学院,江 苏 南 京 210046; 2. 江 苏 中 煤 地 质 工 程 研 究 院 有 限 公 司, 江 苏 南 京
211700)
摘要:对于易受高温( 如火灾) 影响的地下岩体工程,其受过高温以后物理力学 性 质 参 数 的 变 化 是 研 究 的 关 键
问题。 利用微机控制电液伺服岩石三轴试验机( TAW - 2000) 对不同高温作用 后 的 灰 岩 试 样 进 行 单 轴 压 缩 试
径向变形进行 直 接 测 量,其 可 提 供 的 最 大 试 验 力 为 2
图 2 试验升温曲线
Fig. 2 Temperature - time curves
~ 1 000℃ ) 作用后的花岗岩岩样进行 不 同 围 压 作 用 下
修复与加固等提供科学依据。
MTS815. 02 电液伺服材料试验系统,对经过高温(25℃
高温后石灰岩的物理力学特性研究
试验前先进行选样，并对选定岩样进行编号分组。 随后对选好的岩样进行质量、体积量测；利用 NM-4B 超声检测仪对所有岩样进行超声纵波和横波测试，纵 波测试时用凡士林耦合，横波测试时用水杨酸苯酯耦 合。再将岩样分组加温，以 5 ℃/min 的速率加温至指 定温度，然后，保持在该温度 2 h，之后在加温炉炉膛 内自然冷却至室温；量测加温冷却后岩样的质量和体 积，并利用 NM-4B 超声检测仪对加温后岩样进行超 声纵、横波测试。最后，利用 RMT-150B 对加温后的 岩样进行单轴压缩试验。试验均采用位移控制模式， 变形速率为 0.0005 mm/s。
表 1 各温度组岩样数量
Table 1 Quantities of limestone specimens in different
temperature groups
温度
编号
100℃ LJ17~LJ20
400℃
LJ9~LJ12 LJ21~LJ28
1.2 试验设备
岩样数 量/个
4
12
温度
200℃ 600℃ 800℃
中图分类号：TU452
文献标识码：A
文章编号：1000–4548(2011)02–0259–06
作 者 简 介 ： 吴 刚 (1962 – ) ， 男 ， 重 庆 人 ， 博 士 ， 副 教 授 ， 主 要 从 事 岩 土 力 学 的 科 研 与 教 学 工 作 。 E-mail:
wugang@。
0引 言
石灰岩是地壳中分布最广的矿产之一，它是冶金、 建材、化工、轻工、农业等部门的重要工业原料。因
─────── 基金项目：国家自然科学基金项目(40872180)；上海市重点学科建设 项目（B208） 收稿日期：2009–10–21
高温对岩石力学性能及微观硬度影响
高温对岩石力学性能及微观硬度影响曹瑞东;李景森;路国运【摘要】为分析高温后骨料对混凝土性能的影响,研究不同目标高温后石灰岩和辉绿岩外观、质量损失、压碎指标及微观硬度值,得到石灰岩和辉绿岩温变规律.试验结果表明,温度超过500℃后石灰石质量会急剧减小,而辉绿岩质量基本保持不变;两种岩石的压碎指标在临界温度后都急剧减小,其中石灰岩的临界温度为400℃,辉绿岩的临界温度为500℃.在显微硬度方面,石灰石的硬度先增大后减小,辉绿岩的硬度先增大后减小而后又增大,其硬度规律呈现N型.由此可见,硬度和压碎指标与温度变化并无太大联系.但在200 ～400℃之间,石灰岩和辉绿岩的力学性能都有增大趋势.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2019(019)007【总页数】4页(P220-223)【关键词】石灰岩;辉绿岩;压碎指标;显微硬度【作者】曹瑞东;李景森;路国运【作者单位】太原理工大学力学学院,太原030024;山西大学土木工程系,太原030013;山西大学土木工程系,太原030013;太原理工大学建筑与土木工程学院,太原030024【正文语种】中文【中图分类】TU502近年来，建筑行业飞速发展，对结构的安全性，稳定性及耐久性有了更高的标准和要求，因此，具有较好力学性能和耐久性的高强混凝土随之而生[1]。
其优势在于降低工程中混凝土的用量并增强建筑物的使用寿命，具有很高的经济性，因此被广泛应用于国内外各大领域[2]。
但高强混凝土仍有被破坏的可能，为了减少建筑损失，仅对混凝土的宏观研究并不能满足，对高强混凝土进行更深入的研究迫在眉睫。
因此，有些学者将混凝土看作由骨料，砂浆及二者之间的过渡层组成的三相复合材料，对混凝土的研究拓展到了细观领域[3]。
多年来，建筑火灾频频发生，造成的损失不计其数。
而在高温下高强混凝土有发生爆裂的可能性[4]，主要是由于水泥砂浆和骨料的力学性能不匹配[5]，导致混凝土内部产生较大热应力，使混凝土发生爆裂。
膨胀土的化学改性及其力学特性的试验研究的开题报告
膨胀土的化学改性及其力学特性的试验研究的开题报告一、选题背景和意义膨胀土是一种具有特殊物理和化学性质的土体，在建筑、地质工程、矿业和环境工程等领域有着广泛的应用。
但是，膨胀土的性质会随着水分、温度和荷载等因素的改变而发生变化，导致在工程实践中出现一些问题。
因此，对于膨胀土的研究和改性具有重要意义，可以提高其力学特性和工程性能，也可以避免潜在的工程风险和环境污染。
二、研究内容和目标本论文主要研究膨胀土的化学改性和力学特性，在试验室中对膨胀土样品进行不同的改性处理，包括添加化学药品、改变温度和水分条件等，并通过标准试验测试其力学性质，如抗剪强度、压缩强度、变形特性等。
其目标是确定最佳的改性方案，提高膨胀土的力学性能，为工程实践提供依据。
三、研究方法和技术路线本论文采用试验研究法，首先收集膨胀土的相关文献资料，确定实验方案和测试方法。
然后采集膨胀土样品，在试验室中进行不同的化学改性和控制条件处理，如添加氯化钙、硅酸钠等化学药品，控制温度和水分等。
最后，通过标准试验方法测试膨胀土各种力学性质指标，并分析试验结果，确定最佳的改性方案。
四、论文的创新点本论文的创新点在于，选取膨胀土作为研究对象，通过化学改性的方法来提高其力学特性，并通过试验研究的方式，系统分析其力学性质和变形特性。
同时，本论文将针对不同的化学药品和改变条件进行试验研究，找到最优化的膨胀土改性方案，为相关工程应用提供指导和参考。
五、预期成果和意义本论文的预期成果主要是选用最优化的膨胀土改性方案，在试验室中测试出膨胀土的各种力学性质指标，并与未改性的膨胀土进行比较，分析其性能提高的程度和作用机理。
同时，本论文对于膨胀土的改性处理提出了一些重要的建议和工程应用方面的推广，具有一定的实际意义和社会价值。
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高温下石灰岩膨胀特性和力学特性的试验研究Ξ秦本东1,2,门玉明1,谌伦建3,何 军2(1.长安大学地质工程与测绘学院,西安710054;2.河南理工大学土木工程学院,河南焦作454003;3.河南理工大学材料科学与工程学院,河南焦作454003)摘要:利用自行研制的岩石高温装置和RM T2150C岩石力学试验机,对石灰岩试件在200～700°C高温双向约束条件下的膨胀特性和力学特性进行了试验研究。
结果表明:升温过程中,随着温度的升高,石灰岩试件两个约束方向的膨胀应力在600°C前逐渐增加,600°C或650°C以后出现减小现象;石灰岩垂直层理方向的热膨胀应力大于平行层理方向的热膨胀应力。
恒温过程中,600°C以前的试件两方向膨胀应力曲线都随时间延长呈平稳上升,但曲线斜率远远小于升温过程;恒温一定时间后,膨胀应力趋于该温度的一个稳定值。
700°C恒温结束后,石灰岩两方向的膨胀应力小于恒温前的值,说明到一定温度后石灰岩已膨胀到极限。
在试验温度范围内,石灰岩峰值应力随温度升高而降低,700°C时,峰值强度值比常温下降低了58192%,说明高温对岩石的强度会产生明显的弱化作用。
石灰岩峰值应变随温度升高先增加后减少,500°C前峰值应变增加,之后逐渐减小。
由于受约束条件限制,在过高温度后,石灰岩内部裂隙部分闭合,空隙数量减少,致使一定温度后其热膨胀应力和峰值应变可能减小,但具体原因有待进一步研究。
关键词:石灰岩;高温试验;膨胀应力;力学特性中图分类号:TD315 文献标识码:A 文章编号:167222132(2009)06207022070 引言处理高温环境下或高温后的岩石工程问题是岩石力学的新课题。
高温作用对岩土介质的影响已在能源、地质、土木等众多领域中被提出来,例如由于煤炭地下气化、矿下煤或瓦斯爆炸、煤炭开采过程中煤炭自燃、高放射性核废料的地层深埋处理、石油的三次开采等,其周围岩体均可经历一定的高温作用。
由于高温后岩石的力学性质恶化,导致岩体工程结构的安全性降低,因此研究高温下岩石的热膨胀特性、微观结构及力学性能等的变化,对分析高温工程结构和提高岩体安全性具有重要而深远的意义。
近年来,国内外对岩石内热应力的产生、热开裂机理、高温岩石力学行为变化、高温后岩石损伤等方面的研究很多。
王书法等[1]结合非连续变形分析方法,提出了一种研究节理岩体热应力问题的等效初应力方法;韩学辉等[2]的研究表明,沉积岩及火成岩在高温环境下会发生热开裂现象,热开裂能够在一定程度上改造岩石的孔隙、裂隙结构,进而对岩石中的流体运移特性产生影响;谢卫红等[3]研究了温度载荷作用下岩石材料在压缩和拉伸时的热断裂破坏过程,分析了岩石热断裂破坏的宏观力学特性和热破坏作用机理;谌伦建等[4]研究了砂岩和石灰岩的热膨胀力和孔隙率的变化规律;王颖轶、夏小和等[5,6]研究了大理岩高温后的力学特性,认为高温后大理岩表现出软化特征,峰后特性及残余强度宏观上表现出脆性向塑性的渐次演化;邱一平等[7]对花岗岩高温后的损伤进行了研究,验证了花岗岩的塑性应变主要与偏斜应力产生的形状改变比能有关,与体积改变比能关系不大;苏承东等[8]研究了粗砂岩高温后各力学参数的变化。
在岩石高温损伤方面, H ettem a等[9]研究了高温和中等压力条件下岩石集合体的压缩行为;A l2shayea等[10]研究了花岗岩的断裂韧性及加热时岩石的损伤过程;徐燕萍等[11]研究了岩石在高温高压作用下的热弹塑性力学特性,推导了温度作用下的岩石热弹塑性力学特性本构方程;李树春等[12]利用连续损伤理论和统计强度理第29卷第6期2009年12月防灾减灾工程学报Jou rnal of D isaster P reven ti on and M itigati on EngineeringV o l.29N o.6D ec.2009Ξ收稿日期:2009205221;修回日期:2009206217基金项目:国家自然科学基金项目(50574037,50274038)资助作者简介:秦本东(19772),女,讲师,博士研究生。
主要从事岩土工程和结构工程方面的教学和研究。
Em ail:qinbendong@论,提出了模拟岩石破裂全过程的损伤本构关系,并在此基础上建立了完整的损伤统计本构模型。
由于岩石形成环境的不同,其矿物组成和胶结物成分不同,受高温作用后,其物理力学特性也会有所变化,但目前对岩石高温作用过程中的膨胀特性研究成果相对较少。
本文根据煤炭地下气化炉及采场和地下硐室围岩具有一个或两个自由面,以及煤炭地下气化时氧化区及煤层自燃和火灾现场温度高达1200°C的情况,主要研究常温至700°C范围内石灰岩双向约束条件下产生的热膨胀应力及高温后力学特性的变化,从而了解煤系地层石灰岩的热膨胀应力与破坏机理之间的关系,掌握高温下此类岩石的热力学特性,为煤炭地下气化及其它地下工程提供高温岩石力学基础。
1 试验装置及试验方法111 岩石试样 试验所用石灰岩采自巩义大峪沟矿务局三矿煤层顶板,该石灰岩为生物屑泥晶灰岩,粒径较细,没有肉眼可见的明显缺陷,整体质地均匀。
经锯和磨工序加工成边长为50mm×50mm×50mm的立方体试样,试样两端的不平行度小于0105mm。
石灰岩的平均密度为21719×103kg m3,平均声波速度为4942m s。
常温下的石灰岩呈灰黑色,高温后的石灰岩试样由灰黑色逐渐变为浅灰色,600°C、700°C时试件表面呈白色,这是因为随着温度的升高,组成石灰岩的碳酸盐等矿物颗粒发生了化学变化,生成了相应的氧化物而使颜色变浅。
在空气中放置一段时间后,试样表面有粉末状物质脱落。
1.2 试验装置试验采用自行研制的高温岩石试验装置进行加温[13],该装置主要由立方体高温加热炉、温度控制器、载荷传感器、电阻应变仪、试验框架和隔热垫块组成,如图1所示。
高温加热炉外形尺寸为440mm ×400mm×400mm;内筒高温空间的尺寸为120 mm×120mm×120mm。
温度控制器型号为W DX22A,可以自动控温和升温,控制精度为误差±1°C。
岩石膨胀载荷采用D YB2a型压阻式力传感器和T S3861型静态应变仪进行测试,试样与载荷传感器之间采用合成高纯石英玻璃棒作为传压隔热垫块。
本试验在双向约束条件下测试石灰岩的热膨胀应力,即在图1中水平方向(X方向)和竖直方向(Y 方向)对岩石试样施加约束,其中X方向为平行层理方向,Y方向为垂直层理方向。
1.高温加热炉2.试件3.石英棒4.传感器5.钢框架6.螺杆7.应变仪8.温控器图1 膨胀应力测试系统F ig.1 Sw elling stress experi m ent system高温后的岩石试样再采用中国科学院武汉岩土力学研究所研制的RM T2150C型伺服试验机进行单轴压缩试验,力行程控制方式加载,速率为2kN s;1000kN的力传感器测量试样的轴向荷载。
113 试验方案试验共分7组,每组3～4个试样。
试验温度分别设置为常温25、200、300、400、500、600、700°C。
为了保证对试样加温均匀,以5～10°C m in的升温速度进行加温。
在升温过程中,每50°C记录一次数据,达到试验预定温度后再恒温60m in,使岩石试样内外受热均匀、充分膨胀,在恒温过程中,每隔10m in记录一次数据;然后试样在炉膛中自然冷却,冷却至室温的试件再在压力机上进行单轴加压。
2 试验结果分析211 升温过程中石灰岩热膨胀应力的变化规律 图2为石灰岩在200～700°C升温过程中X、Y 两个方向膨胀应力与试验温度的关系曲线,纵坐标所示膨胀应力是每组3个或4个试样测试结果的平均值。
由图2可以看出:200～600°C试验温度水平的石灰岩试样两个约束方向的膨胀应力与温度的关系曲线整体变化趋势一致,随着温度的升高,膨胀应力均逐渐增加;700°C温度水平试样X方向的膨胀应力在600°C之前随温度增加而增加,600°C之后则随307 第6期秦本东等:高温下石灰岩膨胀特性和力学特性的试验研究 图2 石灰岩升温过程中膨胀应力与温度的关系F ig.2 R elati onsh i p betw een s w elling stress and tem2perature of li m estone during temperature in2creasing温度升高呈下降趋势;Y方向膨胀应力在650°C之前随温度升高逐渐增加,650°C后则呈下降趋势。
这说明600°C左右可能是石灰岩热膨胀力达到极限的温度点。
图2(a)中,曲线在250°C时明显存在一个转折点,250°C之前热膨胀应力较小,曲线近乎平直(斜率较小,约为0100692);250～600°C之间曲线斜率激增,大约为010206,热膨胀应力增加很快,600°C 石灰岩X方向膨胀应力平均值为8123M Pa,是250°C时膨胀应力平均值(1104M Pa)的7193倍。
经历同一温度时,200、300°C温度水平的试样膨胀应力偏大,主要是因为低温水平升温速度相对其它温度水平较慢,石灰岩内部比其它温度水平膨胀得更充分。
图2(b)中,曲线转折点也在250°C,只是250°C 之前的曲线比图2(a)中的圆滑一些,整个曲线斜率也比图2(a)大,650°C时,Y方向膨胀应力(10196 M Pa)是250°C膨胀应力均值(112976M Pa)的8145倍。
由此可推断,250°C是石灰岩的敏感温度点。
另外,纵观X、Y方向的膨胀应力值,Y方向的要比X方向的大,这是因为施加约束时,Y方向是垂直层理,X方向是平行层理,通常垂直层理方向的热膨胀应力大于平行层理方向的热膨胀应力。
从图2(a)、(b)中曲线的总体变化趋势来看, 250°C之前,在经历同一温度点时平均膨胀应力比较接近;250°C及250°C之后,不同试验温度水平的试件在同一温度点时平均膨胀应力离散性增加,且曲线斜率在250°C之后也加大。
其原因主要是:温度低时,岩石内部水分先蒸发,矿物颗粒还未充分膨胀,所以膨胀应力增加较小而且均值接近;温度较高时,矿物颗粒开始膨胀,岩石内部陆续出现空隙、裂纹等,导致膨胀应力逐渐增大并在高温时膨胀加速。