砂岩高温后的力学特性
不同温度影响后砂岩的断裂特性研究
+
3.42(
2a W
)3
⎤ ⎥⎦
(适用于 2a /W ≤ 0.7 )
(1)
式中 a 是砂岩试件预制裂纹长度,B 为试件
厚度,W 为试件宽度,P 为断裂载荷。计算
结果如表 1。
试件
25℃-1 25℃-2 25℃-3 30℃-1 30℃-2 30℃-3 35℃-1 35℃-2 35℃-3 40℃-1 40℃-2 40℃-3 45℃-1 45℃-2 45℃-3 50℃-1 50℃-2 50℃-3 100℃-1 100℃-2 100℃-3 150℃-1 150℃-2 150℃-3 200℃-1 200℃-2 200℃-3 250℃-1 250℃-2 250℃-3 300℃-1 300℃-2 300℃-3
E-mail:zjp@
摘 要:针对深部开采和核废料处置等重大工程需求,对温度-应力共同作用下岩石的力学 行为研究具有十分重要的意义。本文通过试验研究了不同温度影响下小尺寸双边缺口砂岩试 件的断裂特性,发现温度与断裂韧性存在非线性指数关系,具体表现为温度从 25℃升到 150℃时,断裂韧性随温度指数升高;而温度由 150℃升高到 300℃,断裂韧性随温度指数下 降,150℃断裂韧性变化的临界温度。研究认为小尺寸、粘土矿物及热开裂是造成断裂韧性 变化的主要原因,并解释了与多数宏观试验结果不同的可能原因。 关键词:砂岩;温度;断裂韧性;试验研究;指数关系
0.184 2.408 1.39 45.6
0.184 2.388 1.45 38.4 0.214 2.538 1.35 36.4 0.203 2.516 1.472 38.9
0.2305 2.594 1.3935 29.6
断裂韧性 (MPa.mm1/2)
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
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
高温后粗砂岩单轴抗拉强度实验研究
9 0C等 1 0o 0个等 级 )作 用后 的砂 岩试样 进行 了巴西劈 裂 实验 ,分 析 了粗 砂岩单 轴抗拉 强度 经 历 了不 同温度作 用后 的 变化 趋 势.研 究 结果 表 明 :在 2 5~10C时 ,单 轴 抗 拉 强 度 变 化很 5o 小;10~ 0 o ,随着温度 升 高 ,单轴 抗拉 强度 单调 增加 ;5 0~ 5 o ,单 轴抗拉 强 度 5 5 0C时 0 7 0C时 单调 减 小 ;7 0~ 0 o ,抗拉 强度 基本 保持 一 个定值 .总体 来讲 ,粗砂 岩 的单 轴抗拉 强 度 5 9 0C时 随 着温度 的增加 先增 大 ,后 减 小. 关 键 词 :粗砂 岩 ;高温 ;密度 ;单轴抗 拉 强度 中图分类 号 :T 5 U4 8 文献标 识码 :A 文 章编 号 :17 9 9 (0 7 5— 5 0— 5 6 3— 7 8 2 0 )0 0 7 0
工程 的稳定 和安 全性提 供依 据 ;对于遭 受高 温 ( 如火 灾 ,剧 烈温 度变 化 ) ,一些 大 型 的岩石 工 程 ( 矿
山 、大 坝 、大楼 、重要 地下 硐室 ) ,需要 研 究其经 历 高温 后力 学性 能 和物 理 力学 性质 的变化 ,以便 为
工 程 的安全性 评估 及灾 后 的修复 、加 固提供依 据 . 国内外许 多学 者对 岩石密 度 和抗 拉 强度 的进行 了大 量 的相 关研 究。 卜” ,研 究 的结果表 明 温度 对 岩石 的力 学性 质 具 有重 要 的影 响 ,但 对高 温 后 岩 石 第 5期
20 0 7年 l 0月
河南理工大学学报 ( 自然 科 学 版 )
J U N L O E A O Y E H I N V R I Y ( A U A C E C ) O R A F H N N P L T C N C U I E ST N T R LS IN E
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
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。
温度对常见岩石力学特性的影响规律
温度对常见岩石力学特性的影响规律作者:钟玄张恺宁管棋隆来源:《中国科技纵横》2017年第02期摘要:本文对砂泥岩和石灰岩在常温及经历100℃~800℃温度作用后的力学特性进行试验研究,考察了三种岩石在加温后的峰值应力、应变、弹性模量随温度的变化特征,并对其高温劣化机制制作了探讨。
研究结果表明:砂岩在常温~200℃内,峰值应力、应变呈下降趋势,弹性模量变化不大,而在200℃~600℃内,峰值应力、应变呈上升趋势,弹性模量变化不大,在T>600℃后,峰值应力与弹性模量都急剧下降,峰值应变略微上升;泥岩峰值应力、应变和弹性模量在常温~400℃内都呈上升趋势,在400℃~700℃内下降,而在T>700℃后又回升;石灰岩的峰值应力、应变和弹性模量在常温~200℃内,随温度的升高缓缓下降,在200℃~600℃内变化不大,当T>600℃后,峰值应力与弹性模量都急剧下降,峰值应变急剧上升。
温度引起的热应力作用、矿物组分和微结构变化导致砂岩力学性质发生改变与高温劣化。
关键词:高温作用;力学特征;砂泥岩;石灰岩;弹性模量;矿物成分中图分类号:TD84 文献标识码:A 文章编号:1671-2064(2017)02-0154-031 引言高温环境下的岩石工程问题,已成为岩石力学发展的新方向。
国内外学者对此展开了大量的研究,并已取得相应的研究成果。
张连英等采用电液伺服材料力学试验系统对常温~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,给出了其峰值强度、峰值应变、弹性模量E随温度的变化特征;李明等人利用MTS652.02高温炉与φ50mm分离式霍普金森压杆(SHPB)试验系统,对800℃加热后的砂岩试样进行单轴冲击压缩试验,分析了17.904~62.600s-1应变率范围内砂岩动力特性的变化规律;秦本东等利用自行研制的岩石加温装置和MT-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;谌伦建等人采用偏光显微镜、扫描电镜及岩石力学试验系统等仪器设备研究了煤层顶板砂岩在常温到1200℃范围内的力学特性和破坏机理;查文华等利用RMT-150B岩石力学试验系统和GD-65/150高低温环境箱,对经历不同温度后煤系泥岩的力学特性进行试验研究,分析不同温度下煤系泥岩的应力-应变全过程曲线、峰值应力、峰值应变、弹性模量、变形模量以及泊松比受温度的影响;刘瑞雪等人利用MTS810电液伺服材料试验系统以及高温炉MTS652.02,在常温(25℃)~800℃条件下对泥岩试件进行了单轴压缩实验,分析了温度对泥岩的应力-应变曲线、弹性模量、峰值应力及峰值应变的影响。
高温下砂岩动态力学特性研究_王鹏
兵
工
学
报
Vol. 34 No. 2 Feb. 2013
ACTA ARMAMENTARII
高温下砂岩动态力学特性研究
1 1, 2 1 1 王鹏 ,许金余 ,刘石 ,陈腾飞
( 1. 空军工程大学 机场建筑工程系, 陕西 西安 710038 ; 2. 西北工业大学 力学与土木建筑学院,陕西 西安 710072 )
204
兵
引言
工
学
报
第 34 卷
0
其微观结构与高温状态下的岩石有 却后进行试验, 很大不同。单纯的研究温度作用和动态应力均难以 真切的反映高温下岩石的动态力学特性 。 为深入 研 究 高 温 作 用 下 岩 石 的 动 态 力 学 特 性, 本文选用砂岩为材料 , 利用波形整形器改进后 的 Ф100 mm 分离式霍普金森压杆 ( SHPB ) 试验装 置 及其配套的管式加热炉对砂岩试件进行高温 ( 室温 25 ℃ ~ 1 000 ℃ ) 下的单轴动态 压 缩 试 验 , 探讨了不同 温 度 等 级 下 砂 岩 峰 值 应 力 、 峰值应变 以及弹性模 量 的 变 化 规 律 , 并对其微观机理进行 了讨论分析 。
Tab. 2
高温下砂岩动态压缩试验结果
Experimental results of sandstones under dynamic compression at high temperature
[8 ]
, 得到材料的动态应力 -应变关系
∫
( 1)
式中: σ( t) 为试件的应力函数; ε ( t ) 为试件的应变
第2 期
高温下砂岩动态力学特性研究
205
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。
高温后砂岩抗拉强度及应变场演化实验研究
第14卷第3期 2018年3月中国安全生产科学技术Journal of Safety Science and TechnologyVol.14 No.3Mar. 2018doi: 10. 11731/j. issn. 1673-193x. 2018. 03. 008http ://kns. cnki. net/kcms/detail/11 • 5335 • TB. 20180322. 1658 • 004. html高温后砂岩抗拉强度及应变场演化实验研究^王来贵1,张阳1,刘向峰1,初旭光2(1.辽宁工程技术大学力学与工程学院,辽宁阜新123000;2.中国中铁十四局第一工程发展有限公司,山东日照276800)摘要:为研究高温后砂岩的抗拉力学特性及变形破坏规律,对不同温度作用后的砂岩进行巴西劈裂实验,同时采用数字散斑相关方法对砂岩变形破坏进行监测。
研究表明:高温作用后砂岩质量损失率增加,波速整体呈降低趋势,砂岩物理特性出现一定劣化;高温作用使砂岩抗拉强度呈先增加后减小的趋势,25〜400丈增大了 16.08%,400〜1 000丈减小了 69.30%,砂岩表现为脆性破坏特征;砂岩劈裂过程中,水平应变场演化过程为:局部小变形产生、扩展—小变形区域聚集、合并、连接—应变局部化带产生—应变局部化带扩展并贯穿—宏观劈裂破坏;随着温度升高,应变局部化启动水平先增加后降低,400T为转折点。
该研究方法可为煤矿火灾安全等领域提供借鉴。
关键词:高温;砂岩;变形破坏;数字散斑;抗拉强度中图分类号:X936 文献标识码:A文章编号:1673 - 193X(2018) -03 -0057 -08Experimental study on tensile strengtli and strain field evolutionof sandstone after high temperatureW A N G Laigui1,Z H A N G Yang1,LIU Xiangfeng1,C H U Xuguang2(1. College of Mechanics and Engineering,Liaoning Technical University,Fuxin Liaoning 123000, China;2.1s t Engineering Development Co. ,Ltd.,China Railway14th Bureau Group,Rizhao Shandong2 Abstract:!order t o study the tensile mechanical characteristics and the laws of deformation and failure of sandstone afterhigh temperature,the Brazilian sp l i t tests on sandstone under the effect of different temperatures were carried out,at thesame time,the deformation and failure of sandstone were monitored by using the digital speckle correlation method.The results showed that after the effect of high temperature,the mass loss rate of sandstone increased,the wave velocity presentedthe decrease trend as a whole,and the physical properties of sandstone appeared a certain deterioration.T of sandstone increased f i r s t and then decreased under the effect o f high temperature,which increased by1 perature range of25 -400^C and decreased by 69.30%in the temperature range of400 - 1000^C,and the sandstone presented the characteristic of brit t l e failure.The evolution process of the horizontal strain field in ting was the g eneration and expansion of local small deformation,the gathering,merging and connection of a small deformation area,the formation of strain localization band,the expansion and penetration of strain localization band,and the macroscopic splitting failure.With the increase of temperature,the starting level of strain localization increased f i r s t and then decreased,and 400C was t he turning point.This method can provide the reference for the f i r e safety of coal mine and otherfields.Key words:high t emperature;sandstone;deformation and failure;digital speckle;tensile strength〇引言近年来随着地热资源开发、核废料高温处理等工程 *领域的兴起,以及残煤自燃、瓦斯爆炸等煤矿事故的日益增加,高温下(后)的岩石物理力学特性及变形破坏规律成为研究的重点[1~2]。
高温作用后硅质砂岩力学性能试验
长石"14.6%)、云母"6. 2%)'高岭石"8.5%)和绿
泥石" 0.4%) ) 可以发现, 石英是硅质砂岩中 的 主要矿物成分,当温度从 26 y 升高到 800 y 时, 石英含量" 质量分数) 从 61.3%增加到 56.2%,增
第/期
&!试件制备及试验过程
&5&!试件制备过程 所用硅质砂岩取自四川省自贡市某岩石工程
施工现场, 按照国际岩石力学学会推荐尺寸*"0+ , 加工成直径60 mm,高100 aa的圆柱形试件,试 件两端的平整度控制在 0_02 AA 以内) 由于采 用湿法加工, 试样加工完成后, 在自然条件下晾 干,时间为一周,如图 1 所示)
ZGL\ZKDLJQL\JO\NIJOJLK2JGKNLM KOJGK]JLKZ
#5#!岩石波速与温度的关系 应用声波测试仪对热处理后岩石试件的纵波
波速进行 测试! 其 变化 规律如图 6 所示) 总体 上
岩石波速随温度的增加而减小! 其变化可以分为
/ 个阶段(=阶段! 岩石波速逐渐降低! 与温度的
282" 年!!6 月 第 42 卷 !第 / 期
郑州大学学报"工学版# Journal of Zhengzhou University " Engineering Science)
文章编号#"35"‘3)//!282""8/‘88)5‘83
高温作用后硅质砂岩力学性能试验
, BK !282" +oN_42!(o_/
;NMQOJ$!9DVWZG]YEJGIKJO2NM2KJ]YJOGKQOJ
高温后节理砂岩强度及变形破坏特性
高温后节理砂岩强度及变形破坏特性李庆森;杨圣奇;陈国飞【期刊名称】《煤炭学报》【年(卷),期】2014(039)004【摘要】利用单轴压缩试验对经历不同温度后节理砂岩的物理力学性质进行分析研究,得出了关于节理砂岩高温后应力-应变曲线、峰值强度、峰值应变及弹性模量等参数随温度的变化规律.同时利用声发射仪器监测岩石压缩过程中的声发射分布特征,探讨不同温度对于变形破坏机理的影响.分析结果表明:温度对于节理砂岩性质的影响是多方面的.当经历温度较低时,温度对于节理砂岩性质的增强效果大于削弱效果;而当温度较高时,则反之.400℃为试验的温度阈值.在400℃前后,节理砂岩的峰值强度、峰值应变、弹性模量等均呈现不同的变化趋势.节理砂岩经历高温后,产生的裂纹主要分布在节理附近,且经单轴压缩破坏后,裂隙同样主要沿节理分布,受热后,岩石的破坏模式由脆性破坏向延性破坏转变.【总页数】7页(P651-657)【作者】李庆森;杨圣奇;陈国飞【作者单位】中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室,江苏徐州221008;中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室,江苏徐州221008;中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室,江苏徐州221008【正文语种】中文【中图分类】TD315;TU45【相关文献】1.高温后混凝土在复杂应力状态下的变形和强度特性的试验研究 [J], 胡倍雷2.非贯通节理岩体等效强度及破坏特性 [J], 金爱兵;孙浩;孟新秋;王凯;杨振伟3.冲击荷载下层状砂岩变形破坏及其动态抗拉强度试验研究 [J], 杨仁树;许鹏;景晨钟;范军平;方士正;张航4.含两组交叉节理砂岩强度及破坏特征离散元分析 [J], 黄彦华;杨圣奇5.岩石受热后的强度、变形破坏特性的微观研究 [J], 李力;林睦曾;刘康敏;饶帮华因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
砂岩高温后的力学特性
第26卷第10期岩石力学与工程学报V ol.26 No.10 2007年10月Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering Oct.,2007砂岩高温后的力学特性吴刚1,邢爱国1,张磊2(1. 上海交通大学土木工程系,上海 200240;2. 上海黄浦江大桥建设有限公司,上海 200090)摘要:对焦作砂岩在常温及经历100 ℃~1 200 ℃温度作用后的力学特性进行试验研究,详细分析加温后砂岩的表观形态、峰值应力、峰值应变、弹性模量、泊松比以及应力–应变全过程曲线等的变化情况,并对砂岩的高温劣化机制作初步探讨。
研究表明,高温使砂岩的表观形态发生改变;在400 ℃以内,温度对砂岩的力学性能影响不大,加温对砂岩的某些力学指标有一定的增强作用;但经历的温度超过400 ℃后,随受热温度升高砂岩的力学性能发生劣化,砂岩的峰值应力和弹性模量均有不同幅度的降低,而800 ℃前砂岩的峰值应变随温度的升高而大幅增加;砂岩的变形大体随经历温度的升高而增大;600 ℃前砂岩的泊松比随经历温度的升高而减少,而后呈上升趋势。
温度引起的热应力作用、矿物组分和微结构变化导致砂岩力学性质发生改变与高温劣化。
关键词:岩石力学;砂岩;高温;峰值应力;峰值应变;弹性模量;泊松比中图分类号:TU 458 文献标识码:A 文章编号:1000–6915(2007)10–2110–07MECHANICAL CHARACTISTICS OF SANDSTONE AFTER HIGHTEMPERATURESWU Gang1,XING Aiguo1,ZHANG Lei2(1. Department of Civil Engineering,Shanghai Jiaotong University,Shanghai200240,China;2. Shanghai Huangpu River Bridge Construction Company Ltd.,Shanghai200090,China)Abstract:The laboratory tests are done for studying on the mechanical properties of Jiaozuo sandstone after undergoing different high temperatures. The temperature varies in the range of 20 ℃,100 ℃,150 ℃,200 ℃,400℃,600 ℃,800 ℃,1 000 ℃ and 1 200 ℃. The scopes of this study include apparent shape,peak stress,peak strain, modulus of elasticity,Poisson′s ratio and stress-strain curve of sandstone. The degradation mechanism of sandstone in high temperature is discussed briefly. The test results show that high temperature leads to the changes of apparent shape for sandstone,the temperature does not obviously affect the mechanical properties and heating reinforces some mechanical indexes of sandstone in the temperature ranging from room temperature to 400 ℃. When the temperature is above 400 ℃,the mechanical properties of sandstone present deterioration with the increase of temperature,and the peak stress and modulus of elasticity sandstone decrease in different extents. The peak strain of sandstone increases by a big margin before 800 ℃. The deformation of sandstone increases generally with the rising of temperature. The Poisson′s ratio of sandstone presents increasing before 600 ℃,and then decreasing as the temperature increases. Thermal stress,changes of minerals formation and microstructure due to temperature result in the changes of mechanical properties and degradation of sandstone.Key words:rock mechanics;sandstone;high temperature;peak stress;peak strain;modulus of elasticity;Poisson′s ratio收稿日期:2007–03–30;修回日期:2007–05–28基金项目:国家自然科学基金资助项目(40272115,40602035)作者简介:吴刚(1962–),男,博士,1995年毕业于同济大学地下建筑与工程系结构工程专业,现任副教授,主要从事岩土力学方面的教学与研究工作。
高温状态下加载速率对砂岩动态力学特性r影响的实验研究
高温状态下加载速率对砂岩动态力学特性r影响的实验研究吴明静;平琦;张号【摘要】为研究不同高温状态下加载速率对砂岩动态力学特性的影响,采用自行组装?50 mm分离式Hopkinson压杆(split hopkinson pressure bar,SHPB)高温试验装置,对25~1000℃高温状态下的砂岩试件进行了6级加载速率的动态单轴压缩试验.结果表明:高温下砂岩的峰值强度与加载速率之间呈二次多项式增长;砂岩的峰值强度在200℃时,加载速率效应最明显,在1000℃时,加载速率效应最弱.砂岩的峰值应变与加载速率之间呈线性增加.总体表现出一定的加载速率强化效应.不同温度下动态弹性模量的变化规律差别很大.从砂岩的破坏形态可知,加载速率对砂岩的影响不仅与温度有关还与其本身的性质有关.可见,加载速率对峰值强度、峰值应变及动态弹性模量的影响与温度密切相关.分析结果对高温环境下岩石工程稳定性、安全性以及相关岩体的爆破效应具有重要参考依据.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2018(018)024【总页数】7页(P281-287)【关键词】岩石力学;高温;加载速率;力学性能【作者】吴明静;平琦;张号【作者单位】安徽理工大学矿山地下工程教育部工程研究中心,淮南 232001;安徽理工大学矿山地下工程教育部工程研究中心,淮南 232001;煤矿安全高效开采省部共建教育部重点实验室,淮南 232001;安徽理工大学矿山地下工程教育部工程研究中心,淮南 232001【正文语种】中文【中图分类】TU452随着浅部资源的减少与枯竭,地下空间的开挖与利用将目光投向岩体深部。
地下岩体的温度随着深度增加而升高[1],岩体表现出的力学、变形性质不仅要经受高温作用还受其外部加载速率作用[2],加载速率是岩石力学特性的重要参数之一。
加载速率效应是随着试验加载速率的变化,材料力学特征发生改变的行为[3]。
关于加载速率对岩石力学性质的影响,国内外学者进行了大量的研究[4—8]。
不同温度热处理后砂岩三点弯曲的断裂特性
℃,300℃,400℃,500℃,600℃.热处理后炉内冷 却.冷却后的试件放入SEM实验系统三点弯曲夹 具中进行试验,如图3,先把试件放于三点弯曲夹具 上,然后用一重物轻敲移动试件,使试件中间的预置 裂纹与右端加载圆柱的中心线相重合.为了减少加 载卡具对实验的影响,卡具头为刚度较大、抛光度较 高的圆柱头,与试件本身成线性接触,这保障了三点 弯曲的试验精度.调好试件位置后,先施加一约5 N 的预置载荷固定试件,然后把该加载台推入扫描电 镜室.电镜室抽完真空后就可以开始加载试验.由于
*国家重点基础研究发展计划(973)计划(2010CB732002)、教育部新世纪优秀人才支持计划(NCET—10—0726)、北京市优秀人才培养
(20091-)013001000037)、国家自然科学基金(50639100,50834005)和中央高校基本科研业务费资助.
2008—09—16收到第1稿,2009—04—21收到修改稿.
岩石影响的效果不同,对于宏观尺度的岩石,温度的 影响可能被实验仪器的误差所屏蔽;而对于小尺度 试件,温度的影响能够充分体现.文献E11]通过单轴 拉伸实验探讨了温度对小尺度砂岩断裂韧性的影 响,本文将继续通过三点弯曲实验来探讨温度对细 观尺度砂岩的断裂韧性的影响,并基于SEM对裂 纹扩展及破坏机理做了探讨.有关三点弯曲实验已 被诸多学者用于测试混凝土、岩石等脆性材料的断 裂韧性【121 4|.文献[12]用三点弯曲法测定了大理岩 的断裂韧性,并探讨了加载速度、裂纹长度和裂纹几 何性质对断裂韧性的影响.文献[13]通过模型和三 点弯曲实验研究了混凝土断裂全过程及亚临界扩展 的细观机制,并发现裂纹扩展具有分形性质.文献 [14]通过单边缺口圆棒三点弯曲试验(SENRBB)和 半圆棒三点弯曲弯曲(SCB)试验研究了室温到200 ℃的Kimachi砂岩的断裂韧性,试验表明Kimachi 砂岩的断裂韧性从室温到125℃变化不大,但高于 125℃温度后,断裂韧性随着温度而升高,而200℃ 时I型断裂韧性较之室温的断裂韧性高出40%.在 温度和围压的综合影响下断裂韧性也发生了相似的
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。
高温作用后砂岩力学性质研究
高温作用后砂岩力学性质研究杨礼宁;姜振泉;张卫强;耿济世【期刊名称】《地震工程学报》【年(卷),期】2016(038)002【摘要】In this study,we conducted a number of mechanical experimentson sandstone samples from Junan County,Linyi City,in order to investigate the mechanical properties of the sandstone samples after being subjectedto high temperatures,ranging from 25 ℃ to 850 ℃.We plotted the peak strength and deformation displacement curves of the sandstone samples,based on the re-sults of the uniaxial stress experiments under different temperatures.We observed the changes and differences in the sample microstructures after different temperatures using scanning electron microscope (SEM)technology.The results of the sandstone samples'uniaxial stress tests are as follows:(1)At temperatures between 25 ℃ an d 400℃,the peak strength of the sandstone sam-ples appears to fluctuate,but the overall strength changes only slightly.This means that the samples share the same mechanical properties,and the strength of the samples under these tem-peratures is steady.(2)When the temperature is higher than 400 ℃,the peak strength of the sandstone samples begins to decline rapidly.(3 )With increasing temperature,the overall de-formation displacement of the sandstone samples increases as well,growing very slowly,but in-creasi ngly,when the temperature is higher than 400 ℃.Inaddition,the SEM images show that the pores and fissures of the sandstone samples sharply increase when temperature reaches400 ℃.Cement particles in the samples begin to disappear when the temperature reac hes 500 ℃. The study shows that the macroscopic mechanical properties of sandstone change radically at high temperatures.%对临沂市莒南县砂岩进行经历25~850℃高温作用后的力学试验。
经历不同高温后砂岩的动态力学特性实验研究
经历不同高温后砂岩的动态力学特性实验研究陈腾飞;许金余;刘石;王鹏;方新宇【期刊名称】《爆炸与冲击》【年(卷),期】2014(034)002【摘要】运用RX3-20-12型箱式电阻炉将砂岩试样分别加热至100、200、400、600、800和1 000℃,然后自然冷却至常温,制成经历不同温度的砂岩试件.运用直径为100 mm的分离式Hopkinson压杆装置,用薄圆形紫铜片作为波形整形器,以不同弹速轴向冲击砂岩试样,测试经历不同温度后砂岩试样在不同冲击荷载下的动态力学性能,得出了砂岩的应力-应变曲线及各自的破坏形态.结果表明:常温下砂岩的动态压缩破坏的应力-应变曲线具有明显的4阶段特征,但经历100~400℃作用的砂岩应力-应变曲线的平台段消失,温度继续升高时平台段又重新出现;砂岩的峰值应变随温度升高而升高,动态压缩强度也随温度升高而升高,但在800℃以后陡然下降;砂岩的动态压缩破坏形态受温度和冲击荷载的共同影响,冲击荷载越大破碎程度越大,而且破坏过程总是由外层向内芯发展.【总页数】7页(P195-201)【作者】陈腾飞;许金余;刘石;王鹏;方新宇【作者单位】空军工程大学工程学院机场建筑工程系,陕西西安710038;中国人民解放军91531部队,海南三亚572000;空军工程大学工程学院机场建筑工程系,陕西西安710038;西北工业大学力学与土木建筑学院,陕西西安710072;空军工程大学工程学院机场建筑工程系,陕西西安710038;空军工程大学工程学院机场建筑工程系,陕西西安710038;空军工程大学工程学院机场建筑工程系,陕西西安710038【正文语种】中文【中图分类】O346.5;TU45【相关文献】1.高温下砂岩动态力学特性研究 [J], 王鹏;许金余;刘石;陈腾飞2.不同形状砂岩的动态力学特性 [J], 谢晓锋;陶明;吴秋红;王泽伟;尚雪义;刘恺3.高温状态下加载速率对砂岩动态力学特性r影响的实验研究 [J], 吴明静;平琦;张号4.不同冲击强度下的砂岩动态力学特性试验研究 [J], 万燎榕;张宝骏5.粉砂岩高温后动态力学特性研究 [J], 尹土兵;李夕兵;周子龙;洪亮;叶洲元因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
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第26卷第10期岩石力学与工程学报V ol.26 No.10 2007年10月Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering Oct.,2007砂岩高温后的力学特性吴刚1,邢爱国1,张磊2(1. 上海交通大学土木工程系,上海 200240;2. 上海黄浦江大桥建设有限公司,上海 200090)摘要:对焦作砂岩在常温及经历100 ℃~1 200 ℃温度作用后的力学特性进行试验研究,详细分析加温后砂岩的表观形态、峰值应力、峰值应变、弹性模量、泊松比以及应力–应变全过程曲线等的变化情况,并对砂岩的高温劣化机制作初步探讨。
研究表明,高温使砂岩的表观形态发生改变;在400 ℃以内,温度对砂岩的力学性能影响不大,加温对砂岩的某些力学指标有一定的增强作用;但经历的温度超过400 ℃后,随受热温度升高砂岩的力学性能发生劣化,砂岩的峰值应力和弹性模量均有不同幅度的降低,而800 ℃前砂岩的峰值应变随温度的升高而大幅增加;砂岩的变形大体随经历温度的升高而增大;600 ℃前砂岩的泊松比随经历温度的升高而减少,而后呈上升趋势。
温度引起的热应力作用、矿物组分和微结构变化导致砂岩力学性质发生改变与高温劣化。
关键词:岩石力学;砂岩;高温;峰值应力;峰值应变;弹性模量;泊松比中图分类号:TU 458 文献标识码:A 文章编号:1000–6915(2007)10–2110–07MECHANICAL CHARACTISTICS OF SANDSTONE AFTER HIGHTEMPERATURESWU Gang1,XING Aiguo1,ZHANG Lei2(1. Department of Civil Engineering,Shanghai Jiaotong University,Shanghai200240,China;2. Shanghai Huangpu River Bridge Construction Company Ltd.,Shanghai200090,China)Abstract:The laboratory tests are done for studying on the mechanical properties of Jiaozuo sandstone after undergoing different high temperatures. The temperature varies in the range of 20 ℃,100 ℃,150 ℃,200 ℃,400℃,600 ℃,800 ℃,1 000 ℃ and 1 200 ℃. The scopes of this study include apparent shape,peak stress,peak strain, modulus of elasticity,Poisson′s ratio and stress-strain curve of sandstone. The degradation mechanism of sandstone in high temperature is discussed briefly. The test results show that high temperature leads to the changes of apparent shape for sandstone,the temperature does not obviously affect the mechanical properties and heating reinforces some mechanical indexes of sandstone in the temperature ranging from room temperature to 400 ℃. When the temperature is above 400 ℃,the mechanical properties of sandstone present deterioration with the increase of temperature,and the peak stress and modulus of elasticity sandstone decrease in different extents. The peak strain of sandstone increases by a big margin before 800 ℃. The deformation of sandstone increases generally with the rising of temperature. The Poisson′s ratio of sandstone presents increasing before 600 ℃,and then decreasing as the temperature increases. Thermal stress,changes of minerals formation and microstructure due to temperature result in the changes of mechanical properties and degradation of sandstone.Key words:rock mechanics;sandstone;high temperature;peak stress;peak strain;modulus of elasticity;Poisson′s ratio收稿日期:2007–03–30;修回日期:2007–05–28基金项目:国家自然科学基金资助项目(40272115,40602035)作者简介:吴刚(1962–),男,博士,1995年毕业于同济大学地下建筑与工程系结构工程专业,现任副教授,主要从事岩土力学方面的教学与研究工作。
E-mail:wugang@第26卷第10期吴刚,等. 砂岩高温后的力学特性• 2111 •1 引言由于高放射性核废料的深地层处置、石油的三次开采、煤炭地下气化及贮存、地热资源的开发以及火灾后重要建筑物保护与修复等工程问题,处理高温环境下的岩石工程问题,已成为岩石力学发展的新方向。
多年来,许多学者致力于高温下岩石物理力学性质的研究,其中对岩石在高温高压下进行基本物理力学性质的研究较多[1],而对高温后岩石的物理力学性能的研究相对较少。
C. David等[2]对法国La Peyratte花岗岩进行了热处理致裂及压力致裂试验研究,发现压力致裂引起的裂缝发展呈现显著的各向异性,而热处理致裂则表现为各向同性。
许锡昌和刘泉声[3]研究了花岗岩在单轴压缩状态下温度为20 ℃~600 ℃时主要力学参数随时间变化的规律,并提出75 ℃,200 ℃分别是花岗岩弹性模量和单轴抗压强度的门槛温度。
M. Hajpal[4]为研究和评估火灾后纪念碑的受损情况,将采自德国和匈牙利的10类砂岩近1 000块试样分为3组,经过150 ℃,300 ℃,450 ℃,600 ℃,750 ℃,900 ℃加热并冷却,在热处理前后分别对3组进行干燥、常压水饱和、25次循环冻融处理,利用X射线衍射技术、扫描电子显微镜观察和超声检测等方法研究了高温前后试样的矿物成分、孔隙度、密度、裂缝、超声波速等特性的变化。
杜守继等[5]对经历20℃~800 ℃后花岗岩的力学性能进行了试验研究,分析了高温后花岗岩的应力–应变曲线、峰值应力、峰值应变、弹性模量及泊松比等的变化情况。
吴忠等[6]对44块鹤壁六矿煤层顶板砂岩试件在高温下和高温后的峰值强度、弹性模量和变形模量进行试验研究。
谌伦建等[7]采用偏光显微镜、扫描电镜及岩石力学试验系统等仪器设备对煤层顶板砂岩在常温到1 200 ℃范围内的力学特性和破坏机制进行了研究。
谢卫红等[8]利用带扫描电镜的高温疲劳试验机等实验手段,实时观测了温度为100 ℃~500 ℃下石灰岩在单向压缩和拉伸中微细观结构的变化、缺陷演化方式和变形破坏过程。
张渊等[9]通过高温显微观测及使用X射线衍射仪对阜新细砂岩在常温到900 ℃下的矿物组分和微结构变化以及内部微裂纹的发生和发展进行了研究。
朱合华等[10]通过单轴压缩试验,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3 种岩石峰值应力、峰值应变及弹性模量随温度的变化规律,并研究了峰值应力与纵波波速、峰值应变与纵波波速的关系。
基于岩石的岩性、地质及赋存条件的差异,高温后岩石所呈现的物理力学特性变化较大。
本文对经历不同温度后的焦作砂岩进行了单轴试验研究,分析了高温后砂岩各力学参量的变化原因及其规律性,以期为预测和评估高温后岩体工程的稳定性和安全性以及火灾后岩体工程的修复与加固等提供科学依据。
2 试验概况2.1岩样及其温度划分试验用的砂岩岩样取自河南焦作矿区,呈暗灰色,主要成分有石英、长石、云母、炭质、方解石及菱铁矿等,其常温下平均密度为2.65 g/cm3。
试验前,砂岩被加工成φ 50 mm×100 mm的圆柱体岩样。
试验共分9个温度段:常温(20 ℃),100 ℃,150 ℃,200℃,400℃,600℃,800℃,1 000℃和1 200℃,各温度组岩样的数量如表1所示。
表1 各温度组岩样数量Table 1 Quantities of sandstone specimens in differenttemperature groups温度/℃编号岩样数量温度/℃编号岩样数量20 A–1~A–3 3 600F–1~F–117100 B–1~B–4 4 800G–1~G–1511150 C–1~C–2 2 1000H–1~H–11 6200 D–1~D–4 2 1200I–1~I–7 7 400 E–1~E–3 32.2试验设备试验中的加热设备为上海祖发实业有限公司上海电炉厂生产的可编程式SX2–8–16型箱式电炉。
该电炉由XMT–1智能调节仪来控制温度,具有测控精度高、抗干扰性能强、功能完备、操作简便等特点。
岩石的单轴压缩试验使用由中国科学院武汉岩土力学研究所研制的RMT–150B型岩石力学多功能试验系统。
2.3试验方法对选定岩样进行分组编号。
加温从室温开始,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。
·2112· 岩石力学与工程学报 2007年利用RMT –150B 型岩石力学多功能试验系统对加温后的岩样进行单轴压缩试验。