高温作用后花岗岩单轴压缩下变形破坏特征研究

ＪｏｕｒｎａｌｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＧｅｏｌｏｇｙ 工程地质学报 １００４－９６６５／２０２０／２８（２） ０２４０ ０６
吴云，李晓昭，黄震，等．２０２０．高温作用后花岗岩单轴压缩下变形破坏特征研究［Ｊ］．工程地质学报，２８（２）：２４０－２４５．ｄｏｉ：１０．１３５４４／ｊ．ｃｎｋｉ．ｊｅｇ．２０２０－００４
ＷｕＹｕｎ，ＬｉＸｉａｏｚｈａｏ，ＨｕａｎｇＺｈｅｎ，ｅｔａｌ．２０２０．Ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎａｎｄｆａｉｌｕｒｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｇｒａｎｉｔｅｕｎｄｅｒｕｎｉａｘｉａｌｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎａｆｔｅｒｈｉｇｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＧｅｏｌｏｇｙ，２８（２）：２４０－２４５．ｄｏｉ：１０．１３５４４／ｊ．ｃｎｋｉ．ｊｅｇ．２０２０－００４
高温作用后花岗岩单轴压缩下变形破坏特征研究
吴　云①　李晓昭①　黄　震②　许文涛①　邓龙传①　刘茂争③
（①南京大学地球科学与工程学院，南京２１００２３，中国）
（②江西理工大学资源环境与工程学院，赣州３４１０００，中国）
（③江苏长江地质勘查院，南京２１００４６，中国）
摘　要　本文采用ＴＡＷ ２０００伺服三轴试验机及声发射检测设备，对高温作用后的花岗岩在２５～６５０℃单轴压缩下的声发射特征进行试验研究，分别分析了高温作用后的花岗岩纵波波速、最大强度及振铃计数随时间的变化规律。

研究结果表明：花岗岩的纵波波速和最大强度随着温度的升高而下降，当温度超过５００℃时，纵波波速和最大强度下降幅度最大，可见花岗岩的阈值温度为５００℃左右。

高温作用后的花岗岩在加载过程中始终伴随声发射信号，并且与应力－时间曲线具有较好的对应关系，不同温度作用后的花岗岩声发射活动程度不同，温度越高，声发射活动愈强烈。

５００℃前花岗岩试样主要以劈裂破坏为主，温度达到５００℃，花岗岩试样以剪切破坏为主，高温导致花岗岩试样内部结构发生改变，试样内部的裂纹逐渐发生扩展、贯通，最终发生破坏。

关键词　高温；花岗岩；单轴压缩；声发射特征
中图分类号：Ｐ６４２ ３ 文献标识码：Ａ ｄｏｉ：１０．１３５４４／ｊ．ｃｎｋｉ．ｊｅｇ．２０２０－００４
ＤＥＦＯＲＭＡＴＩＯＮＡＮＤＦＡＩＬＵＲＥＣＨＡＲＡＣＴＥＲＩＳＴＩＣＳＯＦＧＲＡＮＩＴＥＵＮＤＥＲＵＮＩＡＸＩＡＬＣＯＭＰＲＥＳＳＩＯＮＡＦＴＥＲＨＩＧＨＴＥＭＰＥＲＡＴＵＲＥ
ＷＵＹｕｎ①　ＬＩＸｉａｏｚｈａｏ①　ＨＵＡＮＧＺｈｅｎ②　ＸＵＷｅｎｔａｏ①　ＤＥＮＧＬｏｎｇｃｈｕａｎ①　ＬＩＵＭａｏｚｈｅｎｇ③
（①ＳｃｈｏｏｌｏｆＥａｒｔｈＳｃｉｅｎｃｅｓａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＮａｎｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１００２３，Ｃｈｉｎａ）
（②ＳｃｈｏｏｌｏｆＲｅｓｏｕｒｃｅｓａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＪｉａｎｇｘｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｇａｎｚｈｏｕ３４１０００，Ｃｈｉｎａ）
（③ＪｉａｎｇｓｕＣｈａｎｇｊｉａｎｇＧｅｏｌｏｇｉｃａｌＳｕｒｖｅｙＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１００４６，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｔｈｅＴＡＷ ２０００ｓｅｒｖｏｔｒｉａｘｉａｌｔｅｓｔｉｎｇｍａｃｈｉｎｅａｎｄａｃｏｕｓｔｉｃｅｍｉｓｓｉｏｎｔｅｓｔｉｎｇｅｑｕｉｐｍｅｎｔａｒｅｕｓｅｄｔｏａｎａｌｙｚｅｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｇｒａｎｉｔｅｕｎｄｅｒｕｎｉａｘｉａｌｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎａｔ２５～６５０℃ａｆｔｅｒｈｉｇｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ．Ｔｈｅｖａｒｉａｔｉｏｎｒｕｌｅｓｏｆｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌｗａｖｅｖｅｌｏｃｉｔｙ，ｍａｘｉｍｕｍｓｔｒｅｎｇｔｈａｎｄＡＥｃｏｕｎｔｓｗｉｔｈｔｉｍｅａｒｅａｎａｌｙｚｅｄｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅＰ ｗａｖｅｖｅｌｏｃｉｔｙａｎｄｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｓｔｒｅｎｇｔｈｏｆｇｒａｎｉｔｅｄｅｃｒｅａｓｅｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ．Ｗｈｅｎｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｅｘｃｅｅｄｓ５００℃，ｔｈｅＰ ｗａｖｅｖｅｌｏｃｉｔｙａｎｄｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｓｔｒｅｎｇｔｈｂｅｇｉｎｔｏｄｅｃｒｅａｓｅｇｒｅａｔｌｙ．Ｉｔｃａｎｂｅｏｂｓｅｒｖｅｄｔｈａｔｔｈｅｔｈｒｅｓｈｏｌｄｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｆｇｒａｎｉｔｅｉｓａｂｏｕｔ５００℃．Ｔｈｅａｃｏｕｓｔｉｃｅｍｉｓｓｉｏｎｓｉｇｎａｌｉｓａｌｗａｙｓａｃｃｏｍｐａｎｉｅｄｂｙｔｈｅｌｏａｄｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｏｆｇｒａｎｉｔｅａｆｔｅｒｈｉｇｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｃｔｉｏｎ，ａｎｄｈａｓａｇｏｏｄｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｗｉｔｈｔｈｅｓｔｒｅｓｓｖｅｒｓｕｓｔｉｍｅｃｕｒｖｅ．Ｔｈｅａｃｏｕｓｔｉｃｅｍｉｓｓｉｏｎａｃｔｉｖｉｔｙｏｆｇｒａｎｉｔｅａｆｔｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔ
收稿日期：２０２０－０１－０６；修回日期：２０２０－０２－２４．
基金项目：南京大学博士生创新创意研究计划项目（资助号：ＸＣＸＹ－１９－６２）．
ＴｈｉｓｓｔｕｄｙｉｓｓｕｐｐｏｒｔｅｄｂｙｔｈｅＩｎｎｏｖａｔｉｖｅａｎｄＣｒｅａｔｉｖｅＲｅｓｅａｒｃｈＰｒｏｇｒａｍｆｏｒＤｏｃｔｏｒａｌＳｔｕｄｅｎｔｓｏｆＮａｎｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（ＧｒａｎｔＮｏ．ＸＣＸＹ－１９－６２）．第一作者简介：吴云（１９９１－），男，博士生，主要从事岩石力学方面的研究．Ｅ ｍａｉｌ：ｗｙ１５６２２５４１７０＠１６３．ｃｏｍ
通讯作者简介：李晓昭（１９６８－），男，博士，教授，博士生导师，主要从事工程地质方面的研究．Ｅ ｍａｉｌ：ｌｉｘｚ＠ｎｊｕ．ｅｄｕ．ｃｎ
ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｃｔｉｏｎｓｉｓｄｉｆｆｅｒｅｎｔ．Ｔｈｅｈｉｇｈｅｒｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｉｓ，ｔｈｅｓｔｒｏｎｇｅｒｔｈｅａｃｏｕｓｔｉｃｅｍｉｓｓｉｏｎａｃｔｉｖｉｔｙｉｓ．Ｂｅｆｏｒｅ５００℃，ｔｈｅｇｒａｎｉｔｅｓａｍｐｌｅｓｓｈｏｗｓｐｌｉｔｔｉｎｇｆａｉｌｕｒｅ，ａｎｄｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｒｅａｃｈｅｓ５００℃，ｔｈｅｇｒａｎｉｔｅｓａｍｐｌｅｓｓｈｏｗｓｈｅａｒｆａｉｌｕｒｅ．Ｔｈｅｈｉｇｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｃａｕｓｅｓｔｈｅｉｎｔｅｒｎａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｇｒａｎｉｔｅｓａｍｐｌｅｓｔｏｃｈａｎｇｅａｎｄｔｈｅｃｒａｃｋｓｉｎｔｈｅｓａｍｐｌｅｓｇｒａｄｕａｌｌｙｅｘｐａｎｄ，ｐｅｎｅｔｒａｔｅ，ａｎｄｆｉｎａｌｌｙｄｅｓｔｒｏｙ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ　Ｈｉｇｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ；Ｇｒａｎｉｔｅ；Ｕｎｉａｘｉａｌｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ；Ａｃｏｕｓｔｉｃｅｍｉｓｓｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ
０　引　言
高温会导致岩石的物理力学性质发生改变，例如强度、质量损失率、波速等等，例如，深部采矿工程，水电工程引水隧道，核废料深埋地质处置工程等，随着深度的增加，温度也在上升，如何解决深部岩石工程的“高温”问题，对岩石力学工作者提出了巨大的挑战（钱七虎等，２００８）。

随着经济和人口的迅速发展，地面资源日益紧张，向地球深部进军已然成为目前获取资源的最主要手段之一（孙钧，２０１９）。

岩石是自然界经历漫长的地质年代而形成的产物，是一种复杂的地质材料，其内部含有裂纹、孔隙等原始缺陷（张艳博等，２０２０）。

岩石破坏是内部缺陷在外部环境作用下长期累计的过程。

声发射作为一种无损检测技术，主要通过岩石或材料在发生变形或破坏时释放弹性波，从而被仪器接收。

近年来，国内外学者应用声发射检测技术对高温作用后的岩石破坏规律进行了大量的研究，取得了可观的成果。

吴刚等（２００７）对砂岩在１００～１２００℃温度作用后的力学特性进行了研究，并对砂岩的高温破坏机制进行了探究，结果表明：温度导致岩石内部的矿物成分、微观结构变化以及热应力是导致岩石发生变形破坏的原因。

翟松韬等（２０１３）研究了花岗岩在２０～８００℃单轴压缩下的声发射特征，对加载过程中的振铃计数率及声发射特征参量随时间的变化规律进行了分析。

刘保县等（２００９）建立了声发射参数与煤岩力学破坏机制关系，分析煤岩在受载过程中的损伤演化规律。

李安强等（２０１６）开展花岗岩单轴压缩全过程声发射定位试验，研究了岩石破裂过程中声发射时空演化特征、能量释放规律。

李浩然等（２０１４）采用声波、声发射一体化监测装置研究了单轴加载及循环荷载作用下花岗岩波速和声发射变化规律。

Ｃｈｅｎｅｔａｌ．（２０１７）对不同温度作用后的北山花岗岩热损伤和渗透特性进行研究，得出了花岗岩的温度阈值，讨论了声发射参数和渗透率之间的关系。

Ｋｏｎｇｅｔａｌ．（２０１６）对高温处理后的砂岩进行单轴压缩试验，并给出了砂岩在温度和应力作用下的损伤耦合方程。

Ｇｅｅｔａｌ．（２０１８）对冷热循环处理后的花岗岩声发射特征进行研究。

李元辉等（２００９）开展单轴声发射试验，对岩石破坏过程中的声发射ｂ值和分形维数Ｄ进行分析，结果表明，分形维数Ｄ和ｂ值反映了岩石破坏过程中微裂纹的初始和扩展，可以作为岩体失稳破坏的前兆特征参数。

王林均等（２０１９）结合累积声发射计数、累积声发射能量、ＡＦ值、ＲＡ值、ｂ值，详细地研究了单轴压缩下花岗岩和砂岩的声发射特征。

王德咏等（２０１１）研究了石灰岩在１００～８００℃高温压缩破坏条件下的声发射过程，对不同温度作用下石灰岩的力学性质和声发射参数进行分析。

赵建军等（２０１９）研究了不同应力路径下的英安岩声发射ｂ值特征，并探索了ｂ值在岩石破坏前兆方面的变化规律。

林冠宇等（２０１８）开展了循环荷载下花岗岩破坏过程研究。

Ｓｉｒｄｅｓａｉｅｔａｌ．（２０１８）对不同温度和应变下的砂岩变形破坏规律进行了研究，并得出了砂岩的阈值温度。

Ｒａｎｊｉｔｈｅｔａｌ．（２０１２）对２５～９５０℃范围内的砂岩开展了单轴压缩试验，当温度低于５００℃时，砂岩的单轴抗压强度和弹性模量随温度的升高而增大，当温度高于５００℃时，单轴抗压强度和弹性模量随温度的升高而减小。

Ｇｈａｓｅｍｅｔａｌ．（２０１９）对不同矿物成分的花岗岩裂隙演化规律进行研究，通过声发射确定了岩石的损伤应力阈值，同时分析了岩石在不同的加载时期，内部裂纹的扩展规律。

从以上的研究来看，大多数学者采用的试样为花岗岩、砂岩以及煤岩，开展的试验条件不同，分析的方法和参数也各有千秋。

本文通过开展高温作用后花岗岩单轴试验，采用声发射检测岩石变形破坏过程，分析应力、波速及声发射特征参数随温度变化规律，以期为深部岩石工程高温作用后变形破坏规律提供参考。

１　试样准备及试验方法
１ １　试样准备
本次试验所用的花岗岩取自山东省临沂市，将
１
４
２
２８（２）　吴　云等：高温作用后花岗岩单轴压缩下变形破坏特征研究
试样加工成直径５０ｍｍ，高度１００ｍｍ的标准试样，分别编号为Ｇ１ １～Ｇ５ ２，加热温度为常温（２５℃），２００℃，３５０℃，５００℃，６５０℃共５个温度段，每个温度段为一组，每组２块试样（图１）。

从图１可以看出，花岗岩加热前后颜色变化较小。

试样的密度
范围为２
５４～２ ６５ｇ·ｃｍ－３
，平均密度为２ ６１ｇ·ｃｍ－３，纵波波速范围为２７６３ ５６～２８５７ ５５ｍ·ｓ－１
，平均波速为２７３１ ７５ｍ·ｓ－１，
试样的均一性较好。

图１　加热后的花岗岩试样
Ｆｉｇ．１　Ｔｈｅｇｒａｎｉｔｅｓａｍｐｌｅａｆｔｅｒｈｉｇｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ
１ ２　试验方法
分别将制备好的岩样放至马弗炉（ＴＮＸ１４００，最
高加热温度为１４００℃，平均每分钟升高８℃·ｍｉｎ－
１）中加热，当温度达到恒定值后，为了保证岩样的稳定性，在炉内恒温２ｈ，自然冷却至室温。

本次试验加
载设备采用的是Ｔ
ＡＷ ２０００微机控制电液伺服岩石三轴试验机（图２），该试验机可提供的最大试验力为２０００ｋＮ，试验采用位移控制方式，速率为
０ ００５ｍｍ·ｍｉｎ－１。

为了监测岩样在加载过程中的破坏过程，采用德国Ｖａｌｌｅｎ公司生产的ＡＭＳＹ ６型声发射检测仪，声发射探头粘贴在试样表面，探头与试样之间涂抹耦合剂，增大其接触，为了消除环境噪音的影响，门槛值设为４０ｄＢ，前置放大器设置为３５ｄＢ。

加载过程中实时采集波形、参数等信息。

２　试验结果与分析
２ １　高温作用后单轴抗压强度变化规律
图３是高温作用后花岗岩的单轴抗压强度－温度曲线，从图中可以明显看出来，随着温度的升高，花岗岩的最大抗压强度下降并不是呈直线，而是分为两个不同的阶段。

与室温相比较，经过高温作用后的强度平均降幅分别为，２ ６％、３ ９％、６ ６％、４４ ７％，在２５～５００℃之间，花岗岩的最大强度下降
幅度仅为６
６％，基本上没有发生改变。

但是，当温度超过５００℃以后，花岗岩的强度呈直线式下降，降幅为４１％。

可见５００℃是花岗岩强度的阈值。

２ ２　高温作用后纵波波速变化规律
图４
是高温作用后花岗岩纵波波速变化规律曲
图２　ＴＡＷ ２０００三轴试验机及声发射测试系统
Ｆｉｇ．２　ＴＡＷ ２０００ｔｒｉａｘｉａｌｔｅｓｔｉｎｇｍａｃｈｉｎｅａｎｄ
ａｃｏｕｓｔｉｃｅｍｉｓｓｉｏｎｔｅｓｔｉｎｇｓｙｓｔｅ
ｍ
图３　高温后花岗岩单轴抗压强度与温度关系Ｆｉｇ．３　Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｕｎｉａｘｉａｌｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅｓｔｒｅｎｇｔｈａｎｄ
ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｆｇｒａｎｉｔｅａｆｔｅｒｈｉｇｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒ
ｅ
图４　高温后花岗岩纵波波速与温度关系
Ｆｉｇ．４　ＴｈｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎＰ ｗａｖｅｖｅｌｏｃｉｔｙａｎｄｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ
ｏｆｇｒａｎｉｔｅａｆｔｅｒｈｉｇｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ
２４２ＪｏｕｒｎａｌｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＧｅｏｌｏｇｙ　工程地质学报　２０２０
线图。

与室温相比较，经过高温作用后的纵波波速平均降幅分别为：３ ７％、８ ５％、１３ ８％、３８％，显然可以看出，在２５～５００℃之间，随着温度的升高，花岗岩的纵波波速近乎呈线性下降趋势，下降幅度较小，但是温度超过５００℃以后，纵波波速下降幅度较大，试样内部形成了较多的新裂隙，导致花岗岩结构发生一定程度的损伤。

这与高温作用后的应力下降
趋势接近。

图５　不同温度作用后声发射参数与应力随时间变化曲线
Ｆｉｇ．５　ＴｈｅｃｕｒｖｅｏｆＡＥｐａｒａｍｅｔｅｒｓａｎｄｓｔｒｅｓｓｗｉｔｈｔｉｍｅｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ
ａ．２５℃；ｂ．２００℃；ｃ．３５０℃；ｄ．５００℃；ｅ．６５０℃
２ ３　高温作用后声发射参数特征
花岗岩试样在单轴压缩下会发生破坏，从而产生不同强度的声信号，进而被声发射检测仪采集，本文
通过声发射检测仪采集的振铃计数对不同温度作用后的花岗岩在单轴压缩下的变形破坏过程进行分析。

图５为不同温度作用后花岗岩的应力－时间、振铃计数及累计振铃计数关系图。

从图中可以看出，５个温度梯度下的花岗岩试样应力大致经历３个阶段：（１）ＯＡ：此阶段由于试样内部原生裂隙压密，在应力较低时，应力曲线的特征略有向上弯曲。

（２）ＡＢ：随着应力的继续增大，试样内部的裂隙进一步被压密，应力曲线基本上接近直线。

（３）Ｂ点后：当应力达到峰值后，试样内部的裂隙成核、贯通，导致试样发生破坏，失去强度，曲线下落。

此外，对比分析不同温度后的应力曲线，发现６
５０℃下的试样ＯＡ３
４２２８（２）　吴　云等：高温作用后花岗岩单轴压缩下变形破坏特征研究
阶段比２５～５００℃的长，这有可能是该温度导致试样内部裂隙增多，
压密的时间变长所致。

图６　不同温度作用后花岗岩破坏形态
Ｆｉｇ．６　Ｆａｉｌｕｒｅｍｏｄｅｓｏｆｇｒａｎｉｔｅｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ
各个温度下的花岗岩在单轴加载下的声发射变化规律大致相似，根据图５可以看出，在加载的初期阶段，可以观察到振铃计数较少，这一阶段可以被称作平静期。

这有可能是环境噪音及试样内部天然微孔隙闭合所致，此阶段的试样可以被看作一个弹性体。

随着继续加载，试样内部的裂隙在应力的作用下，进一步地扩大，振铃计数开始增加，当应力达到峰值时，振铃计数急剧增大，此时试样内部的裂隙贯通成核，形成裂隙区，试样破坏失去强度，声发射活动停止。

以花岗岩在６５０℃作用后加载为例，从图５中可以看出，相比于２５～５００℃，在加载初期，振铃计数更多，这是因为高温致使花岗岩内部发生一定程度的损伤，在温度的作用下，形成了新的裂纹；当应力继续加载，试样进入弹性变形阶段，此阶段声发射活动较少，在应力的作用下，内部的微裂隙进一步闭合及压密。

当试样进入屈服阶段，声发射活动变得剧烈，振铃计数开始增加，达到峰值应力时，振铃计数也达到峰值。

随后，试样内部裂隙相互贯通，形成长大裂隙，由于裂隙区域发展不稳定，导致此时还仍有少数的声发射活动。

３　讨　论
３ １　加载后宏观破坏形态
图６是不同温度作用后花岗岩的破坏形态，从图中可以看出，常温下，花岗岩的结构较为致密，不存在明显的裂纹，破坏方式主要是以脆性劈裂为主，破坏面多为块状颗粒；２
００℃和３５０℃高温下，岩样破坏主要也是劈裂破坏，可见两条近乎直立的裂隙，除了有小块颗粒从试样上剥落，还可以观察到有细小的颗粒；当温度超过５００℃以后，岩样内部开始出现了较多的裂纹，破坏方式以剪切破坏为主，此外，由于受到热劣化的影响，观察到剪切面有大量的粉末状，见图６
中方框所示，破坏面无规则，颗粒松散，试样破坏较严重。

综上所述，花岗岩试样在３５０℃之前，主要呈现劈裂破坏，经过５００℃高温处理后，破坏方式主要以剪切破坏为主，开始形成贯通裂纹，致使花岗岩试样发生整体破坏。

这表明岩石在经历高温以后，岩石的破坏方式及程度将发生很大的改变。

３ ２　温度对抗压强度的影响
由图３可知，随着温度的升高，花岗岩的强度整体上呈下降的趋势，当温度超过５００℃以后，花岗岩强度下降趋势较大，降幅为４１％，此时的承载能力较差。

岩石的损伤与其内部结构和成分息息相关Ｇｈａｓｅｍｅｔａｌ．（２０１９）。

孙强等（２０１３）研究指出岩石在常温至１００℃、１００～３００℃及３００～５００℃３个阶段的温度范围分别对应内附着水、结合水及结构水，不同状态水分的丧失，会对岩石内部的结构形成不同的改变，所造成的缺陷也不同。

此外，根据席道瑛（
１９９４）和何爱林等（２０１８）所发表的文献可知，花岗岩中通常含有大量的石英，石英在特定的温度下会发生同质异晶相变，从而引起岩石内部结构的改变。

石英在５７３℃左右由α相转变为β相，随着相
变进行，岩样体积增大，内部结构也相应发生改变，岩样内部微裂纹突增，导致岩石抗压强度降低，因此，得知花岗岩在５００～６００℃范围内物理力学性质会有显著变化，这可以从图６宏观破坏形态看出，破坏面较破碎，岩样损伤程度较大，５００℃以后，岩样的强度开始显著下降。

４　结　论
本文通过对高温作用后的花岗岩在单轴压缩下的变形破坏试验研究，得出的主要结论如下：
（１）高温作用后的花岗岩试样的物理力学性质都发生变化，最大强度、纵波波速下降，且温度超过５００℃时，下降幅度达到最大。

（２）花岗岩在加载过程中始终伴随声发射信号，并且与应力－时间曲线对应较好，温度越高，声发射活动越强，表明花岗岩试样内部的裂纹越多，损伤越严重。

（３）花岗岩岩样在２５～３５０℃之间主要以劈裂为主的脆性破坏，５００℃后，主要以剪切破坏为主，并且高温致使花岗岩试样内部出现较大的裂纹，当
试样内部裂纹贯通后，花岗岩试样发生整体破坏。

４４２ＪｏｕｒｎａｌｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＧｅｏｌｏｇｙ　工程地质学报　２０２０
参考文献
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ＧｅＺＬ，ＳｕｎＱ．２０１８．Ａｃｏｕｓｔｉｃｅｍｉｓｓｉｏｎ（ＡＥ）ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｇｒａｎｉｔｅａｆｔｅｒｈｅａｔｉｎｇａｎｄｃｏｏｌｉｎｇｃｙｃｌｅｓ［Ｊ］．ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＦｒａｃｔｕｒｅＭｅｃｈａｎｉｃｓ，２００：４１８－４２９．
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