低温条件下花岗岩力学特性试验研究
温度的影响下花岗岩单轴压缩和疲劳载荷的力学性能的实验研究
温度影响下的花岗岩单轴压缩和疲劳载荷的力学性能的实验研究上海科学技术大学土木工程系德国亚琛亚琛工业工程和水文地质系1 介绍在本文主要研究的是温度影响下的花岗岩的单轴压缩和疲劳载荷的力学性能的实验研究。
试验采用的样本是从中国宁波开采花岗岩。
在测试开始之前，对这些样本中的花岗岩加热到一定的温度，然后冷却。
从这些试验中得到，花岗岩石的应力 - 应变曲线，由此得到峰值应力与峰值应变还有相应的温度下的弹性模量的变化，并对其进行了分析。
然后进行循环应力的疲劳试验，振幅的比例是从单轴压缩试验得到的应力峰值。
通过分析温度对疲劳寿命的影响，提出了损伤参数和疲劳寿命之间的线性关系。
2 实验测试表2-1这里所用的花岗岩采自中国宁波，并外观显示为灰色。
它主要是由石英，长石，斜长石，云母组成。
如表2-1中所述。
试验采用的圆柱形试样的直径为40毫米，高80毫米。
另外我们所已知的数据，在室温下花岗岩具有的密度为2.62g/cm3，平均单轴压缩强度为85.54Mpa。
所有用于下列试验的试样，根据以下步骤制备：将试样置于炉中，并加热到指定的温度变化，具体是从200℃到1000℃，间隔为200℃。
加热速率从1变化到30℃/ min。
使用由以往的研究一个较小的值，例如1℃/ min。
建议避免任何的热机械变化。
花岗岩标本加热速率为10℃/min，指定的温度保持恒定，时间大约在6个小时。
在电源被切断后将试样与炉内的温度自然冷却。
2.2 单轴压缩试验使用SANS电液伺服压缩试验机进行单轴压缩试验。
对三个样本进行测试，测试的条件是应力控制为0.5MPa /s的速率进行。
并记录在测试过程中花岗岩石发生的应力和应变，直到试样破坏。
2.3 高频疲劳试验在这项研究中采用ZWICK-100HFP5100的装置进行测试。
表2-2为此测试装置的主要性能。
ZWICK-100HFP5100测试装置包括装载帧，测试区域，和测量和控制电子。
加载频率范围从35Hz到300 Hz，最大试验负载为100KN。
温度的影响下花岗岩单轴压缩和疲劳载荷的力学性能的实验研究
温度的影响下花岗岩单轴压缩和疲劳载荷的力学性能的实验研究温度对花岗岩单轴压缩和疲劳载荷的力学性能有着重要的影响。
本文通过实验研究，探讨了温度对花岗岩的力学性能的影响，并对其机理进行了分析和探讨。
首先，本文设计了一系列的实验方案，对花岗岩在不同温度下的单轴压缩和疲劳载荷性能进行了测试。
实验所用的花岗岩样品来自于实际工程中的花岗岩矿石，经过切割和磨光等处理后得到规定尺寸的试样。
实验过程中，使用专业的试验设备对试样进行单轴压缩测试和疲劳载荷测试，并记录相关数据。
在单轴压缩实验中，设置了不同温度下的试验条件，如常温、高温、低温等，通过施加不同的载荷对花岗岩进行压缩。
实验结果显示，随着温度的升高，花岗岩的强度和硬度逐渐降低。
尤其在高温环境下，花岗岩的强度明显下降，容易发生压碎和破坏。
这是因为高温会导致花岗岩中的矿物质发生变化，结构的稳定性受到破坏。
在疲劳载荷实验中，使用相同的实验方法，对花岗岩进行循环加载，观察在不同温度下花岗岩样品的疲劳寿命和破裂形态。
实验结果表明，在常温环境下，花岗岩样品具有较长的疲劳寿命，可以承受较高的循环加载。
然而，在高温环境下，花岗岩样品的疲劳寿命明显降低，并容易出现开裂和失效。
对于花岗岩在温度下力学性能变化的机理，本文通过对实验结果的分析和探讨，提出了以下几点解释。
首先，温度的升高会导致花岗岩中的微观结构发生变化。
矿物质中的结晶发生膨胀，导致其在压力下变形和剥落。
这会导致花岗岩整体强度和硬度的下降。
其次，温度的升高会加剧花岗岩中的热膨胀现象。
花岗岩样品由于温度膨胀不均匀，会形成内部应力集中和断裂。
这导致花岗岩在受到压力时更容易出现裂纹和破坏。
最后，温度升高也会影响花岗岩中的水化作用和化学反应。
矿物质中的水分会发生蒸发和渗透，导致矿物质的颗粒之间减少粘结力。
这会降低花岗岩的整体强度和稳定性。
综上所述，温度对花岗岩单轴压缩和疲劳载荷的力学性能有着重要的影响。
本文通过实验研究，发现了温度对花岗岩力学性能的具体影响，并对其机理进行了分析和探讨。
片麻花岗岩实时温度环境的力学特性研究
1．峰值应力随温度的变化规律
图 2 为片麻花岗岩峰值应力与温度的关系曲线。从图中 可以看出：从常温至 40℃，温度作用片麻花岗岩峰值应力随 温度有所下降，但在 40~50℃下峰值应力随温度略有上升， 增幅约为 5.71%，70℃片麻花岗岩峰值应力下降，峰值应力 从 165.99MPa 下降到 137.29MPa，降幅达 17.29%，可 以认为片麻花岗岩围压恒定时峰值应力随温度的升高而降 低，变化规律明显。
基于 Drucker-Prager 破坏准则，片麻花岗岩温度作用 下损伤演化方程的表达式：
I J m0 (1 DT ) 2 D 1 exp 1 F0 (1 DT )
3．考虑温度效应的损伤本构方程
依据试验方案及试验条件假定不同温度片麻花岗岩轴向 有效应力为 1 ' ，围压有效应力 2 ' （ 2 ' 3 ' ） ，与其对应的 应变分别为 1 和 2 （ 2 3 ） 。由广义胡克定律、应变等效原 理得：
图1
片麻花岗岩破坏形态
二、试验概况 1．试样材料
片麻花岗岩试样选自汕头东海岸新城项目，料源福建漳 浦地区，依据岩石力学试验标准，加工成直径与高度比为 1： 2 的 圆 柱 体 ， 尺 寸 为 φ 50mm × 100mm ， 平 均 密 度 为 2.66g/cm3。为确保选择的岩样性质均一，降低试验结果的 离散性，试验前，采用 NM-4A 非金属超声分析仪和 ZC4 型 回弹仪对试样分别进行声波检测和回弹测试，选取号：1006-7973（2017）06-0334-02 三、试验结果与分析
图 1 显示了试验后片麻花岗岩试样的破坏形态及断口形 态。从片麻花岗岩的破坏形态及断口形态可以发现：温度发 生变化，片麻花岗岩的破坏形态差异不大，均为一条贯通的 剪切破裂面，破坏的断口较为平整。随着温度的升高，除了 主破裂面外， 试样表面出现多条平行于主破裂面方向的裂纹。 说明三轴压缩时片麻花岗岩在温度 20~70℃影响下仍以剪切 破坏为主，其变形形式、破坏机制尚未发生变化。
《不同加热-冷却作用下花岗岩物理力学特性及温度场演化规律研究》范文
《不同加热-冷却作用下花岗岩物理力学特性及温度场演化规律研究》篇一一、引言花岗岩作为一种常见的岩石类型，其物理力学特性和温度场演化规律的研究对于地质工程、岩石力学、地球物理学等领域具有重要意义。
本文以花岗岩为研究对象，通过不同加热-冷却作用下的实验研究，探讨其物理力学特性的变化及温度场演化的规律。
二、花岗岩的物理力学特性花岗岩的物理力学特性主要包括其强度、硬度、弹性模量、抗拉强度等。
这些特性受到多种因素的影响，如矿物成分、结构构造、温度等。
在加热和冷却过程中，花岗岩的物理力学特性会发生变化。
（一）加热过程中的物理力学特性变化在加热过程中，花岗岩的强度和硬度会逐渐降低，弹性模量也会发生变化。
这是由于加热过程中，岩石内部的矿物颗粒开始膨胀、变形，导致岩石的整体强度和硬度降低。
此外，加热过程中还会发生矿物相变、裂纹扩展等现象，进一步影响花岗岩的物理力学特性。
（二）冷却过程中的物理力学特性变化在冷却过程中，花岗岩的物理力学特性也会发生变化。
由于冷却过程中温度梯度的存在，花岗岩内部会产生热应力，导致裂纹的产生和扩展。
此外，冷却过程中还会发生矿物晶体的重新排列和固化等现象，进一步影响花岗岩的物理力学特性。
三、不同加热-冷却作用下的实验研究为了研究不同加热-冷却作用对花岗岩物理力学特性的影响及温度场演化的规律，我们进行了以下实验研究：（一）实验材料与方法实验采用不同种类的花岗岩样品，通过加热和冷却过程中的温度控制、应力测量、裂纹观察等方法，研究其物理力学特性的变化及温度场的演化规律。
（二）实验结果与分析1. 温度场演化规律：在加热过程中，花岗岩的温度场呈现均匀升高的趋势；在冷却过程中，由于温度梯度的存在，花岗岩内部会产生温度差，导致温度场的不均匀分布。
随着加热和冷却过程的进行，温度场的变化呈现出一定的规律性。
2. 物理力学特性变化：在加热过程中，花岗岩的强度和硬度逐渐降低；在冷却过程中，由于裂纹的产生和扩展，花岗岩的强度和硬度进一步降低。
《不同加热—冷却作用下花岗岩物理力学性能及水力压裂试验研究》范文
《不同加热—冷却作用下花岗岩物理力学性能及水力压裂试验研究》篇一不同加热-冷却作用下花岗岩物理力学性能及水力压裂试验研究一、引言随着地质工程和岩石力学的发展，花岗岩作为典型的岩石类型，其物理力学性能和破裂特性在地下工程、采矿、石油勘探等领域具有重要意义。
特别是在高温环境下，花岗岩的加热-冷却过程会对其力学性能产生影响，从而改变其破裂特性。
因此，对不同加热-冷却作用下的花岗岩进行物理力学性能及水力压裂试验研究具有重要的理论意义和实用价值。
二、花岗岩的物理力学性能花岗岩的物理力学性能包括其强度、硬度、弹性模量、抗拉强度等。
这些性能受到加热-冷却过程的影响，尤其是高温作用下的影响更为显著。
本部分将详细介绍不同加热温度、加热速率和冷却方式对花岗岩物理力学性能的影响。
1. 加热温度的影响随着加热温度的升高，花岗岩的强度和硬度会逐渐降低，而弹性模量和抗拉强度也会有所变化。
这种变化与花岗岩内部的矿物组成、结构、孔隙度等因素有关。
2. 加热速率的影响加热速率对花岗岩的物理力学性能也有显著影响。
快速加热会使花岗岩内部产生较大的热应力，导致其强度和硬度降低。
而慢速加热则使花岗岩有足够的时间进行热膨胀和内部结构的调整，从而对其物理力学性能产生不同的影响。
3. 冷却方式的影响冷却方式（如自然冷却、快速冷却等）也会对花岗岩的物理力学性能产生影响。
不同的冷却方式会导致花岗岩内部产生不同的热应力，从而影响其强度、硬度等性能。
三、水力压裂试验研究水力压裂是研究岩石破裂特性的重要手段。
本部分将介绍在不同加热-冷却作用下的花岗岩进行水力压裂试验的过程、方法及结果分析。
1. 试验方法水力压裂试验主要通过向岩石内部注入高压水，使岩石在内部压力的作用下发生破裂。
本试验通过改变加热-冷却条件，观察花岗岩的破裂特性及破裂模式的变化。
2. 结果分析通过对不同加热-冷却条件下的花岗岩进行水力压裂试验，发现加热温度、加热速率和冷却方式都会影响花岗岩的破裂特性和破裂模式。
不同冷却模式下高温花岗岩力学特性演变规律试验研究★
第 55 卷 第 2 期 2024 年 3 月Vol.55 No.2Mar. 2024太原理工大学学报J OURNAL OF TAIYUAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY不同冷却模式下高温花岗岩力学特性演变规律试验研究辛国旭1a ，郤保平1a ，1b ，杨欣欣1a ，董赟盛1a ，何水鑫1a ，吴阳春1a ，2（1.太原理工大学 a.矿业工程学院，b.原位改性采矿教育部重点实验室， 太原 030024；2.中南大学 资源与安全学院 长沙 410006）摘 要：【目的】探索相同高温状态下花岗岩在不同冷却模式（20 ℃水中热冲击冷却和20 ℃空气中自然冷却）下不同的力学特性。
【方法】采用实验室自研热冲击破裂实验平台，对两种冷却模式下不同温度状态（25~600 ℃）花岗岩进行单轴抗压、巴西劈裂、变角剪切试验，测试其单轴抗压强度、抗拉强度、内聚力、内摩擦角宏观力学参数，研究不同冷却模式下高温花岗岩力学特性的演变规律。
【结果】结果表明：1）冷却模式对单轴抗压强度、抗拉强度、内聚力的影响较大，对内摩擦角几乎无影响；2）相同高温状态下花岗岩力学强度在20 ℃水中热冲击冷却劣化更严重，且300 ℃为两种冷却模式出现差异的阈值温度；3）当加热温度为600 ℃时，热冲击冷却后花岗岩的单轴抗压强度、抗拉强度、抗剪强度（内聚力）与自然冷却模式下相比分别降低了27.6%、51.7%、33%，这说明冷却模式对花岗岩力学强度影响从大到小依次为抗拉强度、抗剪强度、抗压强度。
【结论】研究结果可为相同工况下高温岩石力学工程岩体稳定性分析提供了一定的参考。
关键词：高温花岗岩；冷却模式；热冲击；力学特性；演变规律中图分类号：TU45 文献标识码：ADOI ：10.16355/j.tyut.1007-9432.20220099 文章编号：1007-9432（2024）02-0267-09Experimental Study on the Evolution Law of Mechanical Properties ofHigh Temperature Granite under Different Cooling ModesXIN Guoxu 1a , XI Baoping 1a,1b , YANG Xinxin 1a , DONG Yunsheng 1a , HE Shuixin 1a , WU Yangchun 1a,2（1a.College of Mining Engineering ， 1b.Key Laboratory of Insitu Property Improving Mining of Ministry of Education ，Taiyuan University of Technology ， Taiyuan 030024， China ； 2.School of Resources and Security ，Central South University ， Changsha 410006，China ）Abstract ： 【Purposes 】The mechanical properties of granite in the same high temperature state un⁃der different cooling modes （thermal shock cooling in water at 20 ℃ and natural cooling in air at 20 ℃） are different. 【Methods 】By using the laboratory self -developed thermal shock fracture experimental引文格式：辛国旭，郤保平，杨欣欣，等.不同冷却模式下高温花岗岩力学特性演变规律试验研究［J ］.太原理工大学学报，2024，55（2）：267-275.XIN Guoxu ，XI Baoping ，YANG Xinxin ，et al.Experimental study on the evolution law of mechanical properties of high temperature granite under different cooling modes ［J ］.Journal of Taiyuan University of Technology ，2024，55（2）：267-275.收稿日期：2022-02-15；修回日期：2022-03-18基金项目：国家自然科学基金资助项目（51874207）；山西省自然科学基金资助项目（201701D121131）；山西省研究生创新项目（2021Y282）第一作者：辛国旭 （1998-），硕士研究生，（E -mail ）guoxuxin2019@通信作者：郤保平 （1976-），博士，教授，从事高温岩石力学及地下工程、采矿工程方面的研究与教学，（E -mail ）xibaoping@第 55 卷太原理工大学学报platform， uniaxial compression， Brazilian splitting， and variable-angle shearing （45°， 55°， 65°） were carried out on granite in different temperature states （25-600 ℃） under two cooling modes. To test its uniaxial compressive strength， stress-strain curve， peak strain， tensile strength， cohesion c， inter⁃nal friction angle φ and other macro-mechanical parameters. Besides， the evolution of the mechanical properties of high-temperature granite under different cooling modes was studied.【Findings】The re⁃search results show that：1）the cooling mode has a great influence on the uniaxial compressive strength， tensile strength， and cohesion c， but has little effect on the internal friction angle； 2） The mechanical strength of granite at the same high temperature deteriorates more seriously with thermal shock cooling in water at 20 ℃， and 300 ℃ is the threshold temperature for the difference between the two cooling modes； 3） From 25 ℃ to 600 ℃， compared with natural cooling， thermal shock cooling caused compressive strength，tensile strength，and shear strength （cohesive force）deteriorations of granite which are 51.7%， 33%， and 27.6%， respectively， showing that the cooling mode affects the mechanical strength of granite in descending order： tensile strength， shear strength， and compressive strength.【Conclusions】The research results can provide test reference for related projects.Keywords：high temperature granite；cooling mode；thermal shock；mechanical properties；evolution law高放射性核废料深地储存［1］、干热岩地热资源的开发与利用［2］、热力协同作用高效破岩、高地温隧道施工等大型重难点工程中都不可避免地需要考虑高温岩体温度场发生变化导致岩体发生热破裂的问题。
温度的影响下花岗岩单轴压缩和疲劳载荷的力学性能的实验研究
温度的影响下花岗岩单轴压缩和疲劳载荷的力学性能的实验研究温度是影响岩石力学性能的重要因素之一、通过研究温度对花岗岩在单轴压缩和疲劳载荷下力学性能的影响，可以深入了解花岗岩在不同温度条件下的力学行为和工程应用中的性能。
首先，在单轴压缩试验中，可以研究花岗岩材料的抗压强度、弹性模量和变形行为等力学性能。
在不同温度条件下，对花岗岩试件进行单轴压缩试验，可以得到压缩强度和变形特征随温度的变化规律。
研究结果可以揭示温度对花岗岩的力学性能的影响机制，并为花岗岩岩体的工程设计和稳定性评价提供依据。
其次，在疲劳载荷下，温度对花岗岩的疲劳寿命和破坏机制也有一定的影响。
疲劳试验可以模拟花岗岩在长期交变载荷作用下的破坏过程。
通过在不同温度下进行疲劳试验，可以研究温度对花岗岩的疲劳性能、疲劳强度和疲劳寿命的影响。
研究结果可以揭示温度对花岗岩疲劳性能的影响机制，为岩石工程中花岗岩的疲劳损伤预测和耐久性评价提供依据。
在实验研究中，可以选取不同类型和不同产地的花岗岩试件，通过实验参数的设计和控制，可以探究温度变化对花岗岩力学性能的影响。
为了控制温度，可以利用恒温实验箱或者低温试验设备，控制试件所处的温度范围。
同时，需要对试件进行恒定的单轴压缩或者疲劳载荷加载，以模拟实际工程条件下的应力作用。
通过测量应力-应变曲线和试件的破坏形态等数据，可以得出不同温度下的力学性能参数，并分析其变化规律。
此外，实验研究也可以结合岩石物理力学的试验方法和数值模拟方法，借助岩石力学理论和热力学原理，综合分析温度对花岗岩力学性能的影响机制。
通过实验结果和理论分析相结合，可以对温度对花岗岩力学性能的影响进行深入研究，为花岗岩工程地质和岩石力学领域的研究和应用提供参考。
综上所述，温度是影响花岗岩单轴压缩和疲劳载荷力学性能的重要因素之一、通过实验研究花岗岩试件在不同温度条件下的力学性能，可以揭示温度对花岗岩力学行为的影响机制，并为花岗岩在工程应用中的性能评价和设计提供依据。
低温条件下花岗岩力学特性试验研究
第29卷第4期岩石力学与工程学报V ol.29 No.4 2010年4月Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering April，2010低温条件下花岗岩力学特性试验研究唐明明1，王芝银1，孙毅力1，2，巴金红1，3(1. 中国石油大学城市油气输配技术北京市重点实验室，北京 102249；2. 北京市勘察设计研究院有限公司，北京 100038；3. 中国石油西气东输管道工程有限公司，上海 200122)摘要：从辽宁锦州拟建地下储库工程现场钻取典型花岗岩岩芯，进行不同冻结温度(－10 ℃～－50 ℃)和不同含水状态(干燥和饱和)的单轴及三轴压缩试验，分析岩石的变形破坏规律、干燥和饱和状态抗压强度以及三轴剪切强度参数c，ϕ值随温度的变化关系。
试验结果表明：(1) 无论干燥还是饱和试样，微风化花岗岩单轴及三轴抗压强度随着低温温度的降低而提高，但呈现非线性增加的趋势，得到花岗岩抗压强度随低温温度变化的非线性关系拟合式，并认为微风化花岗岩存在一个抗压强度趋于稳定的温度界限值，此值约为－40 ℃；(2) 微风化花岗岩在干燥和饱和条件下，黏聚力c值随温度的降低而增大，在干燥条件下尤为明显。
干燥条件下，微风化花岗岩内摩擦角随低温温度降低变化较小，摩擦角基本保持在57°左右，饱和条件下，微风化花岗岩内摩擦角随温度降低而增加，由－10 ℃～－50 ℃增长幅度约为3.43%。
该研究成果可为液化天然气(LNG)的低温地下存储提供一定的力学参数依据。
关键词：岩石力学；花岗岩；低温试验；抗压强度；弹性模量；剪切强度参数中图分类号：TU 45 文献标识码：A 文章编号：1000–6915(2010)04–0787–08 EXPERIMENTAL STUDY OF MECHANICAL PROPERTIES OFGRANITE UNDER LOW TEMPERATURETANG Mingming1，WANG Zhiyin1，SUN Yili1，2，BA Jinhong1，3(1. Beijing Key Laboratory of Urban Oil and Gas Distribution Technology，China University of Petroleum，Beijing102249，China；2.Beijing Geotechnical Institute Engineering Consultants Co.，Ltd.，Beijing100038，China；3. China PetroleumWest-East Gas Pipeline Company，Shanghai200122，China)Abstract：The granite samples were drilled form a proposed underground gas storage site in Jinzhou，Liaoning Province. The mechanical tests(uniaxial and triaxial) were conducted under different freezing temperatures(－10 ℃– －50 ℃) and different moisture conditions(fully saturated and dry). Then the law of rock deformation，compressive strength of samples，and the relation between the shear strength parameters and the freezing temperatures were analyzed. The test results show as follows：(1) Whether the granite samples are dry or fully saturated，the uniaxial and triaxial compressive strength increased nonlinearly with the decrease of temperature. There is a threshold temperature below which the strength of granite becomes to stabilize. The effect of the low temperature on the mechanical properties is more obvious for saturated samples. (2) The cohesion increased significantly with the decrease of low temperature. For dry samples，the internal friction angle remained at about 57°.The internal friction angle of fully saturated samples increased about 3.43% when the temperature dropped from －10 ℃ to－50 ℃. In the freezing conditions，the moisture condition has an important impact on the change收稿日期：2009–05–27；修回日期：2010–01–11基金项目：国家自然科学基金资助项目(50774090)作者简介：唐明明(1983–)，男，2005年毕业于中国石油大学(北京)土木工程专业，现为博士研究生，主要从事岩石力学及工程应用方面的研究工作。
急剧冷却后花岗岩物理力学及渗透性质试验研究
急剧冷却后花岗岩物理力学及渗透性质试验研究
花岗岩的物理力学及渗透性质对于考察地质结构都有着重要的意义，最近，为了评估岩石
在地下高温、高压条件下运动特性以及安全性，研究者们开始重点探究花岗岩物理力学及
渗透性质随着急剧冷却情况的变化状况。
首先，进行实验前，需使用X射线衍射仪测量花岗岩的粒度、结构及矿物组成等参数，得
出对应的参数值，作为后续试验的基准值。
留取一定量花岗岩样品置于冷却室内，以-20℃的速度急剧冷却直至恒温25℃，以便观察花岗岩冷却后的改变情况。
随后，对冷却完成的花岗岩样品，利用三轴试验机测定参数，主要包括抗压强度、抗拉强度、抗剪强度等力学性质参数，综合比较花岗岩冷却前后的物理参数值，明确冷却后花岗
岩的性质。
另外，花岗岩的渗透性是此次实验的重要指标之一，因此也需重点测试。
运用KCJ5型球
磨仪，计算出样品的冷却前后渗透系数值，试判它的渗透性如何受到急剧冷却的影响。
最终，通过对冷却前后花岗岩物理力学及渗透性质进行详细比较，结果显示，花岗岩冷却后，抗压强度大大降低，抗拉强度有所下降，抗剪强度和渗透系数有不同程度的提高，因此说
明花岗岩在急剧冷却后显示出不同的物理力学和渗透性质产生了变化。
经过以上研究，发现花岗岩冷却后，其力学特性及渗透特性均发生改变，因此提示地质工程安全性中，应重视花岗岩动态变化的性质，以确保工程施工安全。
研究者们还需要深入实验研究，以进一步探求冷却前后花岗岩及其地质工程安全性的影响。
低温作用下岩石基本力学性质试验研究
第25卷 第12期岩石力学与工程学报 V ol.25 No.122006年12月 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering Dec .，2006收稿日期：2005–09–07；修回日期：2006–01–05基金项目：国家重点基础研究发展规划(973)项目(2002CB12704)作者简介：徐光苗(1978–)，男，博士，2001年毕业于长安大学地质工程系建筑工程专业，主要从事低温岩体THM 耦合、低温岩体损伤及地下铁道工程方面的研究工作。
E-mail ：xuguangmiao@低温作用下岩石基本力学性质试验研究徐光苗1，2，刘泉声1，彭万巍3，常小晓3(1. 中国科学院 武汉岩土力学研究所，湖北 武汉 430071；2. 广州市地下铁道设计研究院，广东 广州 510010；3. 中国科学院 冻土工程国家重点实验室，甘肃 兰州 730000)摘要：以江西红砂岩和湖北页岩为代表，分别进行不同冻结温度(－20 ℃～20 )℃和不同含水状态(饱和与干燥)下的岩石单轴压缩试验与三轴压缩试验。
试验结果表明，温度在－20 ℃～20 ℃变化时，红砂岩和页岩单轴抗压强度与弹性模量都基本随温度降低而增大，但温度变化对红砂岩强度的影响大于其对页岩强度的影响，且岩石的含水状态对岩石的冻结强度影响显著。
温度在－10 ℃～20 ℃变化时，2种岩石的c ，ϕ 值都随温度降低而增大，但温度对红砂岩的影响大于温度对页岩的影响。
通过对大量的试验数据进行分析，得到一系列有意义的拟合曲线及其关系表达式，可为研究低温及冻融循环影响的岩石基本力学性质研究提供可靠的试验依据。
关键词：岩石力学；寒区；冻结温度；单轴压缩试验；三轴压缩试验；力学性质中图分类号：TU 452 文献标识码：A 文章编号：1000–6915(2006)12–2502–07EXPERIMENTAL STUDY ON BASIC MECHANICAL BEHA VIORS OFROCKS UNDER LOW TEMPERATURESXU Guangmiao 1，2，LIU Quansheng 1，PENG Wanwei 3，CHANG Xiaoxiao 3(1. Institute of Rock and Soil Mechanics ，Chinese Academy of Sciences ，Wuhan ，Hubei 430071，China ；2. Guangzhou Metro Design and Research Institute ，Guangzhou ，Guangdong 510010，China ；3. State Key Laboratory of Frozen Soil Engineering ，Cold and Arid Regions Environmental and Engineering Research Institute ，Chinese Academy of Sciences ，Lanzhou ，Gansu 730000，China )Abstract ：Basic mechanical behaviors of rocks at different temperatures and under different moisture states are required for the investigation on studying and designing rock engineering in cold regions. Two typical rocks ，i.e. red sandstone and shale sampled from Jiangxi Province and Hubei Province in China ，respectively ，are tested by uniaxial and triaxial compressive tests at different temperatures ranging from －20 to 20℃ and in dry and fully ℃saturated states. The test results show that ，the uniaxial compressive strength and elastic moduli of these two types of rock increase with the temperature dropping between －20 ℃ and 20 ℃in general ，but the influence of temperature on red sandstone is greater than that on shale. Moreover ，moisture state has the key influence on the compressive strength of rock. The cohesive strength and inner friction angle achieved by the triaxial compression tests increase with the decreasing of temperature with range of －10 ℃ to 20 ℃，and the red sandstone exhibits larger dependence on temperature. According to these test results ，some valuable curves are obtained ；and relevant expressions between mechanical parameters and temperature are formulated.Key words ：rock mechanics ；cold region ；frozen temperature ；uniaxial compression test ；triaxial compression test ；mechanical properties第25卷第12期徐光苗等. 低温作用下岩石基本力学性质试验研究 • 2503 •1 引言研究资料[1，2]表明，寒区岩体所经受的自然冻融循环过程是引起岩石工程灾害的主要原因，例如，冻融循环引起岩质边坡的风化、剥落、不稳定甚至发生滑坡。
《不同加热—冷却作用下花岗岩物理力学性能及水力压裂试验研究》范文
《不同加热—冷却作用下花岗岩物理力学性能及水力压裂试验研究》篇一不同加热-冷却作用下花岗岩物理力学性能及水力压裂试验研究一、引言花岗岩作为一种常见的岩石类型，具有优良的物理力学性能和稳定性。
然而，在工程实践中，花岗岩常常会受到不同形式的加热-冷却作用影响，这对岩石的物理力学性能会产生怎样的影响？水力压裂作为开采工程中的关键技术之一，又与加热-冷却作用下的花岗岩有着怎样的关系？针对这些问题，本文以不同加热-冷却作用下的花岗岩为研究对象，探讨了其物理力学性能的变化规律及水力压裂试验的实践应用。
二、花岗岩的物理力学性能1. 加热-冷却过程对花岗岩的影响加热-冷却过程会对花岗岩的物理力学性能产生显著影响。
随着温度的升高和降低，花岗岩内部的微观结构会发生改变，如晶粒大小、晶界强度等。
这些变化会影响到花岗岩的强度、硬度、弹性模量等物理力学性能。
2. 不同加热-冷却方式对花岗岩的影响不同的加热-冷却方式也会对花岗岩的物理力学性能产生影响。
例如，缓慢加热-缓慢冷却过程和快速加热-快速冷却过程会对花岗岩的微观结构产生不同的影响。
前者会导致晶粒内部产生微裂纹，而后者则可能导致晶界处的应力集中。
这些差异将进一步影响到花岗岩的物理力学性能。
三、水力压裂试验研究1. 试验原理及方法水力压裂试验是一种常用的岩石力学试验方法，通过向岩石内部注入高压水，使岩石在压力作用下发生破裂。
本文通过在不同加热-冷却作用下的花岗岩进行水力压裂试验，研究其破裂规律及影响因素。
2. 试验结果分析通过对不同加热-冷却作用下的花岗岩进行水力压裂试验，我们发现：在加热过程中，花岗岩的抗压强度和弹性模量会逐渐降低；在冷却过程中，这些指标会逐渐恢复。
然而，随着加热-冷却次数的增加，花岗岩的物理力学性能会逐渐降低。
此外，不同加热-冷却方式对水力压裂的影响也不同，如快速加热-快速冷却过程容易导致花岗岩在较低压力下发生破裂。
四、结论与展望本文通过研究不同加热-冷却作用下的花岗岩物理力学性能及水力压裂试验，发现加热-冷却过程对花岗岩的物理力学性能产生显著影响，且不同加热-冷却方式对水力压裂的影响也不同。
循环冻融条件下安山岩和花岗岩的物理力学特性试验研究
循环冻融条件下安山岩和花岗岩的物理力学特性试验研究【摘要】本研究通过循环冻融条件下的实验研究，探讨了安山岩和花岗岩在物理力学特性方面的变化规律。
试验结果表明，在循环冻融条件下，安山岩和花岗岩的抗压强度、抗拉强度、抗冻融性能等物理力学特性均发生了一定程度的变化。
本文以明董高速公路项目通过对试验结果的分析和讨论，为深入理解岩石在循环冻融环境中的行为提供了一定的参考。
【关键字】循环冻融、安山岩、花岗岩、物理力学特性、抗压强度、抗拉强度、抗冻融性能【引言】循环冻融是指在冰冻和解冻交替出现的环境条件下，岩石所经历的循环性应力变化过程。
在自然界中，循环冻融过程是岩石破坏和岩土工程问题产生的重要原因之一。
安山岩和花岗岩作为常见的岩石类型，在工程建设中广泛应用，其物理力学特性对工程结构的稳定性和安全性具有重要影响。
因此，了解安山岩和花岗岩在循环冻融条件下的物理力学特性变化规律，对于工程设计和建设具有重要意义。
一、实验方法（一）试样制备安山岩和花岗岩试样的选择和制备方法在本研究中，我们选择了代表性的安山岩和花岗岩样品作为研究对象。
首先，从采集到的岩石样本中，根据其物理性质和结构特征，选择了具有一致性和典型性的试样。
接下来，使用岩石锯或切割机将试样切割成所需尺寸，通常为圆柱形或长方体形状。
为了确保试样表面光滑且平行于主应力方向，我们进行了表面研磨和打磨处理。
（二）循环冻融试验装置和条件循环冻融试验装置的概述和试验条件设置为了模拟真实的循环冻融环境，我们设计了循环冻融试验装置。
该装置包括一个温控系统、水槽和恒温循环水泵等组成部分。
在试验中，我们将岩石试样放置在水槽中，通过循环水泵控制水温的变化，实现循环冻融的条件。
通常，我们设置的循环冻融温度范围为-20°C至20°C，并根据循环冻融时间和循环次数进行合理的调整。
二、物理力学特性测试（一）抗压强度试验为了研究安山岩和花岗岩在循环冻融条件下的抗压强度变化规律，我们进行了抗压强度试验。
花岗岩力学特性的温度效应试验研究(1)
收稿日期：2010-05-04 基金项目：国家重点基础研究发展计划（973）项目（No. 2010CB226804，2011CB201205）；江苏省普通高校研究生科研创新计划资助项目 （No.CX10B_134Z）；国家自然科学基金项目（No. 50909093，50974125）。 第一作者简介：张志镇，男，1987 年生，博士，主要研究方向为非线性力学与煤岩动力灾害防治。E-mail: zzzcumt@
(1. State Key Laboratory for Geomechanics and Deep Underground Engineering, China University of Mining and Technology, Xuzhou, Jiangsu 221008, China; 2. School of Mechanics and Civil Engineering, China University of Mining & Technology, Xuzhou, Jiangsu 221116, China; 3. School of Architecture and Civil Engineering, Nantong University, Nantong, Jiangsu 226019,China)
线较吻合。
关 键 词：岩石力学；高温；热-力耦合因子；力学性质；本构模型
中图分类号：TU 45；O 34
冻融循环作用下花岗岩力学特性和破坏过程研究
冻融循环作用下花岗岩力学特性和破坏过程研究
何军杰;刘曼曼;苏立彬;刘勇
【期刊名称】《水科学与工程技术》
【年(卷),期】2024()2
【摘要】冻融循环是造成寒区岩石力学性能劣化的主要因素之一。
为了研究冻融循环中岩石的劣化损伤演化过程,选用花岗岩依次进行冻融循环试验和单轴压缩试验,分析花岗岩试样的变形情况和破坏特性。
结果表明:冻融循环后花岗岩的力学参数呈指数型衰减,破坏模式改变且主裂缝数量增多。
依据试验数据提出花岗岩的力学参数衰减模型,进一步分析损伤变量的演化规律。
研究内容可为评估寒区岩体工程抵抗冻融循环的能力、计算工程的稳定性提供试验依据。
【总页数】4页(P76-79)
【作者】何军杰;刘曼曼;苏立彬;刘勇
【作者单位】西藏农牧学院水利土木工程学院;西藏土木水利电力工程技术研究中心;武汉大学水资源工程与调度全国重点实验室
【正文语种】中文
【中图分类】TU45
【相关文献】
1.花岗岩超低温冻融循环后力学特性研究
2.不同含水率花岗岩冻融循环作用下的抗压性能及强度损伤特性研究
3.冻融循环作用下含天然损伤砂岩破坏过程的数值试
验研究4.冻融循环作用下隧道围岩单轴力学特性试验研究5.冻融循环作用下硫酸盐盐渍土物理力学特性试验研究
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《冷热交替作用下花岗岩物理力学特性演化规律研究》
《冷热交替作用下花岗岩物理力学特性演化规律研究》一、引言花岗岩是一种广泛分布的岩石类型，具有独特的物理力学特性。
随着地球科学的不断发展，花岗岩的物理力学特性及其在自然环境中的变化规律受到了越来越多的关注。
本文将着重研究在冷热交替作用下，花岗岩的物理力学特性如何发生演化，以及这种演化对地质工程和地球科学领域的影响。
二、花岗岩的基本物理力学特性花岗岩主要由石英、长石和云母等矿物组成，具有高硬度、高强度和耐磨损等特性。
这些特性使得花岗岩在自然界中具有很高的稳定性。
然而，这种稳定性并非永恒不变，它会受到环境因素的影响而发生变化。
三、冷热交替作用对花岗岩的影响冷热交替是自然界中常见的环境因素，对岩石的物理力学特性产生重要影响。
在冷热交替作用下，花岗岩会经历热胀冷缩的过程，导致其内部结构发生变化。
此外，这种作用还会使花岗岩表面发生风化、剥蚀等现象，进一步影响其物理力学特性。
四、冷热交替作用下花岗岩的物理力学特性演化规律（一）内部结构变化在冷热交替作用下，花岗岩的内部结构会发生变化。
随着温度的升高，花岗岩内部的矿物颗粒会膨胀，导致岩石的孔隙率增加。
而随着温度的降低，岩石会收缩，孔隙率减小。
这种反复的膨胀和收缩会导致花岗岩内部结构的弱化，降低其强度和硬度。
（二）表面风化和剥蚀在冷热交替过程中，花岗岩表面会发生风化和剥蚀现象。
风化作用会使岩石表面逐渐剥落，暴露出新的表面。
同时，温度变化会导致岩石表面的微裂纹扩展，进一步加速了风化和剥蚀的过程。
这些过程会导致花岗岩表面的粗糙度增加，对其物理力学特性产生影响。
（三）物理力学特性的变化随着冷热交替作用的持续进行，花岗岩的物理力学特性会发生变化。
其强度、硬度、弹性模量等参数会逐渐降低，同时其耐久性和稳定性也会受到影响。
此外，温度变化还会影响花岗岩的渗透性，使其更容易受到水和其他液体的侵蚀。
五、研究方法与实验结果为了研究冷热交替作用下花岗岩的物理力学特性演化规律，我们采用了室内模拟实验和现场观测相结合的方法。
青藏高原东部冻融作用下花岗岩力学性质弱化机理研究
青藏高原东部冻融作用下花岗岩力学性质弱化机理研究郭长宝;周家作;刘筱怡;任三绍;吴瑞安【摘要】花岗岩山体通常被认为是稳定性较好的地质体,但在青藏高原东部高寒高海拔山区,因冻融作用导致花岗岩体力学性质变差,崩塌、滑坡等地质灾害频发.针对青藏高原东部理塘和八宿地区的花岗岩开展了冻融循环力学试验,通过波速、核磁共振方法分析了岩石冻融过程中的损伤发展趋势.试验结果表明:岩石内部损伤程度随着冻融次数的增加而增加,岩石波速则随着冻融次数的增加而明显降低;从核磁共振T2弛豫时间分布的发展规律可以推断,天然条件下风化较严重的岩样经过冻融循环后裂隙尺寸范围进一步增大,而风化程度微小的岩石经过冻融后裂隙尺寸范围较为集中.对经过冻融循环后的岩样进行三轴压缩试验,结果表明岩石的单轴抗压强度和弹性模量随冻融次数增大而减小,而泊松比和内摩擦角没有表现出明显的变化规律.基于试验数据和理论分析,以八宿花岗岩为例,提出了冻融损伤本构模型,对不同围压和冻融循环次数条件下的岩石应力应变全过程进行模拟和预测.%The granite in the eastern Qinghai-Tibet Plateau was tested by the freezing-thawing-cyclic testing,and the damage trend of rock during freezing and thawing was analyzed by the wave velocity testing and nuclear magnetic resonance (NMR).The testing results showed that as the number of freezing-thawing cycles increased,the inner damage degree increased and the wave velocity decreased obviously.The T2 distribution and development of NMR implied that the range of the size of cracks in the more weathered rock samples became wider due to freezing-thawing cycles,while the size of the cracks in the less weathered samples is more concentrative.The samples which were tested by freezing and thawing were then tested on triaxial testingapparatus.The testing results showed that the uniaxial compressive strength and the elastic modulus decreased as the number of freezing-thawing cycles increased,but the Poisson's ratio and internal friction angle varied randomly.Based on the testing data and theoretical analysis,a freezing-thawing-damage constitutive model was presented,which can be used for simulating and predicting the overall variation of stress and strain of rocks.【期刊名称】《现代地质》【年(卷),期】2017(031)005【总页数】13页(P943-955)【关键词】青藏高原;花岗岩;冻融循环;核磁共振;损伤本构模型【作者】郭长宝;周家作;刘筱怡;任三绍;吴瑞安【作者单位】中国地质科学院地质力学研究所,北京100081;国土资源部新构造运动与地质灾害重点实验室,北京100081;中国科学院武汉岩土力学研究所,湖北武汉430071;中国科学院岩土力学与工程国家重点实验室,湖北武汉430071;中国地质科学院地质力学研究所,北京100081;中国地质科学院地质力学研究所,北京100081;中国地质科学院地质力学研究所,北京100081【正文语种】中文【中图分类】P642.2;TU452位于青藏高原东部的四川理塘和西藏八宿地区，属高原温带半干旱季风型气候，立体气候明显，昼夜温差变化大。
循环冻融条件下安山岩和花岗岩的物理力学特性试验研究
循环冻融条件下安山岩和花岗岩的物理力学特性试验研究
循环冻融条件下的物理力学特性是指在模拟冰冻融化过程的条件下，材料的物理和力学性能的变化情况。
在这种情况下，安山岩和花岗岩可能会表现出不同的物理力学特性。
安山岩是一种岩浆岩，通常含有高度结晶的石英、长石和泥质矿物。
它的物理力学特性受到岩石结构、矿物组成和岩浆流动历史等因素的影响。
在循环冻融条件下，安山岩可能会发生强度下降、增大抗压模量和减小抗剪模量等变化。
花岗岩是一种火成岩，通常含有较高的石英、长石和辉石的结晶。
花岗岩的物理力学特性受到岩石结构、矿物组成和岩浆流动历史等因素的影响。
在循环冻融条件下，花岗岩可能会发生强度下降、增大抗压模量和减小抗剪模量等变化。
为了研究安山岩和花岗岩在循环冻融条件下的物理力学特性，可以进行相应的物理力学试验，例如抗压强度试验、抗拉强度试验、抗剪强度试验、压缩模量试验、拉伸模量试验、剪切模量试验等。
这些试验可以帮助我们了解安山岩和花岗岩在循环冻融条件下的物理力学特性，例如强度、模量、塑性变形等。
这些信息可以为建筑工程、道路工程、桥梁工程等的设计和施工提供参考。
热冲击作用下花岗岩力学特性及其随冷却温度演变规律试验研究
热冲击作用下花岗岩力学特性及其随冷却温度演变规律试验研究冲击作用是影响岩石物理力学性质最重要的因素之一，它主要包括外部冷却作用，这会改变花岗岩力学特性。
本文研究了花岗岩在热冲击作用下的力学特性，研究内容包括对冷却表层矿物组成的影响、冷却温度演化的变化规律、热冲击作用下花岗岩力学性质的变化规律。
本文基于室温试验和恒温冷却试验，采用实验方法来研究不同温度下花岗岩力学性质的变化规律。
结果表明：冷却表层对花岗岩力学性质具有显著影响，且随着温度降低，松软层的厚度和累积盐溶液的体积都有所减小；随着冷却温度的减小，花岗岩的抗压强度逐渐增加，最后达到室温时的最大值；但同时，花岗岩的抗拉强度和抗剪强度都会随温度的降低而急剧减轻。
关键词：花岗岩；热冲击作用；冷却表层；温度演变；力学特性 1.研究背景岗岩是一种熔岩岩石，是建成地壳的主要条件之一，具有重要的构造地质学意义，也是一种蕴藏矿产资源的重要岩石。
地质过程中，花岗岩会受到外部热量改变或冷却作用的影响。
当岩石表面冷却时，其外部环境会改变，从而影响岩石的力学性质。
因此，研究花岗岩在热冲击作用下的力学特性非常必要。
2.实验方案文采用实验方法，研究外部冷却作用下花岗岩力学特性的变化规律。
实验用的花岗岩样品由河南省洛阳市洛阳晚三叠统花岗岩组矿物组成统计：英（37.5%）、长石（32.6%）、辉石（16.8%）和其它组分（13.1%）。
实验方案分两部分进行，即室温试验和恒温冷却试验。
室温试验：样品切片，形成室温的花岗岩试样。
采用三轴试验机，对样品进行三轴力学试验，得到室温下的抗压强度、抗拉强度和抗剪强度，以及样品的显微结构分析。
恒温冷却试验：样品放置在0℃至100℃之间的恒温箱中，进行恒温冷却实验，每隔10℃取样，在不同温度下，对恒温冷却试样进行三轴力学试验，得到抗压强度、抗拉强度和抗剪强度，并对其表面结构进行显微观察和表征分析。
3.实验结果（1）却表层的影响却温度演变的结果显示，冷却表层引起的试样磨蚀温度明显高于室温花岗岩试样，表明冷却表层形成的松软层对花岗岩的磨蚀性影响很大。
高低温冻融循环条件下花岗岩力学性能试验研究_蒋立浩
块破坏时，主要出现平行于试块轴线的垂直裂缝， 使试块丧失抵抗外力的能力，而呈现柱状劈裂破坏。 试块两端面与试验机摩擦力较大时，在试验加压过 程中，与承压板接触的两个三角形区域为压应力， 而其他区域为拉应力，使试块端部产生了一个箍的 作用。在无侧限的条件下，由于侧向部分岩石可自 由的向外变形、剥离，最终造成了试块的圆锥形破 坏。局部劈裂破坏多由于材料表面平整度不高，局 部应力集中造成的。试验中应剔除这部分岩块试验 数据，锥形破坏与柱状劈裂分别如图 1、2 所示。
图 1 试块锥形破坏
图 2 试块柱状劈裂
Fig.1 The tapered damage Fig.2 The columnar fracturing
briquette
briquette
3 试验结果分析
3.1 应力-应变曲线变化规律 花岗岩的应力-应变曲线大致经历 3 个阶段[7]：
（1）压密阶段：岩石内的微裂隙在荷载作用下发生 闭合，曲线呈上凹型；（2）弹性阶段：曲线基本呈 直线状态，应力与应变呈比例关系，该阶段曲线末 端应力达到峰值；（3）应变软化阶段：此阶段应变 增长较快，岩石迅速破坏，表现出软化现象。
1引言
随着近几年国内外对诸如液化气地下储存（温 度低达-160℃）[1]、寒区工程冻害[2–3]、高放射性核 废料的深埋处理、低温地区烟囱结构稳定等问题的 深入研究，高温岩石力学、低温冻融岩石力学和岩 石热-流-应力耦合等问题的研究也取得了一定的进 展。例如，Heuze[4]对高温下花岗岩的热物理性能进 行了研究。万志军等[5] 采用自主研制的 20 MN 伺 服控制高温高压岩体三轴试验机，系统深入地研究 φ 200 mm ×400 mm 的大尺寸花岗岩试样在高温三 轴应力下的热变形和破坏特征及热学和力学参数随 温度变化的特征。吴刚等[6] 对采自焦作的大理岩岩
《不同加热—冷却作用下花岗岩物理力学性能及水力压裂试验研究》范文
《不同加热—冷却作用下花岗岩物理力学性能及水力压裂试验研究》篇一不同加热-冷却作用下花岗岩物理力学性能及水力压裂试验研究一、引言花岗岩作为一种常见的岩石类型，在地球科学、工程地质学和岩石力学等领域具有广泛的应用。
其物理力学性能及水力压裂行为是众多学者研究的重点。
本篇论文将就不同加热-冷却作用下花岗岩的物理力学性能及其水力压裂试验进行研究，为地质工程和岩石力学领域提供理论依据和实验支持。
二、花岗岩的物理力学性能花岗岩的物理力学性能包括其硬度、强度、抗拉强度、抗弯强度等，这些性能与其矿物组成、结构构造等密切相关。
不同加热-冷却作用会对花岗岩的微观结构产生不同程度的影响，进而影响其物理力学性能。
1. 矿物组成与结构构造花岗岩主要由石英、长石和云母等矿物组成，这些矿物的比例、形状及空间排列关系对花岗岩的物理力学性能有重要影响。
在加热-冷却过程中，这些矿物的物理性质和相互作用可能发生改变，从而影响花岗岩的整体性能。
2. 加热-冷却作用对物理力学性能的影响在加热过程中，花岗岩内部的矿物结构可能发生改变，如晶体膨胀、变形或重新排列等。
而在冷却过程中，由于热应力的作用，可能产生裂纹和孔隙等结构变化。
这些变化会影响花岗岩的硬度和强度等物理力学性能。
三、水力压裂试验研究水力压裂是一种常用的岩石破裂方法，通过向岩石内部注入高压水，使岩石产生裂缝。
本部分将就不同加热-冷却作用下的花岗岩进行水力压裂试验研究，分析其破裂机理和影响因素。
1. 试验方法与步骤（1）制备不同加热-冷却条件下的花岗岩样品；（2）采用高压水力压裂装置进行试验；（3）记录裂缝产生和扩展过程，并分析其破裂机理；（4）根据试验结果分析不同加热-冷却作用对花岗岩水力压裂行为的影响。
2. 试验结果分析（1）裂缝产生和扩展过程：在高压水的作用下，不同加热-冷却作用下的花岗岩表现出不同的破裂模式。
在适当温度下加热和快速冷却时，裂缝易于产生和扩展；而高温下缓慢冷却则可能产生复杂的裂缝网络。
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第29卷第4期岩石力学与工程学报V ol.29 No.4 2010年4月Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering April，2010低温条件下花岗岩力学特性试验研究唐明明1，王芝银1，孙毅力1，2，巴金红1，3(1. 中国石油大学城市油气输配技术北京市重点实验室，北京 102249；2. 北京市勘察设计研究院有限公司，北京 100038；3. 中国石油西气东输管道工程有限公司，上海 200122)摘要：从辽宁锦州拟建地下储库工程现场钻取典型花岗岩岩芯，进行不同冻结温度(－10 ℃～－50 ℃)和不同含水状态(干燥和饱和)的单轴及三轴压缩试验，分析岩石的变形破坏规律、干燥和饱和状态抗压强度以及三轴剪切强度参数c，ϕ值随温度的变化关系。
试验结果表明：(1) 无论干燥还是饱和试样，微风化花岗岩单轴及三轴抗压强度随着低温温度的降低而提高，但呈现非线性增加的趋势，得到花岗岩抗压强度随低温温度变化的非线性关系拟合式，并认为微风化花岗岩存在一个抗压强度趋于稳定的温度界限值，此值约为－40 ℃；(2) 微风化花岗岩在干燥和饱和条件下，黏聚力c值随温度的降低而增大，在干燥条件下尤为明显。
干燥条件下，微风化花岗岩内摩擦角随低温温度降低变化较小，摩擦角基本保持在57°左右，饱和条件下，微风化花岗岩内摩擦角随温度降低而增加，由－10 ℃～－50 ℃增长幅度约为3.43%。
该研究成果可为液化天然气(LNG)的低温地下存储提供一定的力学参数依据。
关键词：岩石力学；花岗岩；低温试验；抗压强度；弹性模量；剪切强度参数中图分类号：TU 45 文献标识码：A 文章编号：1000–6915(2010)04–0787–08 EXPERIMENTAL STUDY OF MECHANICAL PROPERTIES OFGRANITE UNDER LOW TEMPERATURETANG Mingming1，WANG Zhiyin1，SUN Yili1，2，BA Jinhong1，3(1. Beijing Key Laboratory of Urban Oil and Gas Distribution Technology，China University of Petroleum，Beijing102249，China；2.Beijing Geotechnical Institute Engineering Consultants Co.，Ltd.，Beijing100038，China；3. China PetroleumWest-East Gas Pipeline Company，Shanghai200122，China)Abstract：The granite samples were drilled form a proposed underground gas storage site in Jinzhou，Liaoning Province. The mechanical tests(uniaxial and triaxial) were conducted under different freezing temperatures(－10 ℃– －50 ℃) and different moisture conditions(fully saturated and dry). Then the law of rock deformation，compressive strength of samples，and the relation between the shear strength parameters and the freezing temperatures were analyzed. The test results show as follows：(1) Whether the granite samples are dry or fully saturated，the uniaxial and triaxial compressive strength increased nonlinearly with the decrease of temperature. There is a threshold temperature below which the strength of granite becomes to stabilize. The effect of the low temperature on the mechanical properties is more obvious for saturated samples. (2) The cohesion increased significantly with the decrease of low temperature. For dry samples，the internal friction angle remained at about 57°.The internal friction angle of fully saturated samples increased about 3.43% when the temperature dropped from －10 ℃ to－50 ℃. In the freezing conditions，the moisture condition has an important impact on the change收稿日期：2009–05–27；修回日期：2010–01–11基金项目：国家自然科学基金资助项目(50774090)作者简介：唐明明(1983–)，男，2005年毕业于中国石油大学(北京)土木工程专业，现为博士研究生，主要从事岩石力学及工程应用方面的研究工作。
E-mail：tmm_sugar@• 788 • 岩石力学与工程学报 2010年of the shear strength parameters. The results provide helpful insights for the construction of liquefied natural gas (LNG) storage at low temperature.Key words：rock mechanics；granite；low temperature compression test；compressive strength；elastic modulus；shear strength parameters1 引言石油天然气等能源的地下存储已经成为能源储备发展的趋势，为适应油气战略储备和季节性调峰的需求，在地下岩洞储存高效环保清洁的液化天然气(LNG)是目前国际上的一个前沿探索性课题[1]。
由于液化天然气在常压下需要在低温条件下才能液化(LNG的冷却温度为－162 ℃)，储存于地下岩洞通过保温层在围岩中形成沿岩洞壁面向围岩深部温度逐渐升高的变低温状态，洞室近区围岩的温度可接近－30 ℃～－50 ℃，因此低温地下储气库中的岩石力学问题备受关注。
目前，国内外关于低温条件下，岩石的强度特征研究不多[2～9]，如 A. Kenji和H. Keisuke[3]在低温条件下对不同种类岩石的热力学性质变化进行了相关测试，发现岩石抗拉强度和弹性模量均随温度降低而增加。
R. D. Dwivedi和A. K. Soni[4]对8种岩石的巴西圆盘试样在30 ℃～－50 ℃的温度条件下测试了其断裂韧度，测试结果表明断裂韧度随温度的降低而增大，含水量越大，断裂韧度增加越明显。
C. Park等[5]通过试验研究了花岗岩和砂岩的热物理参数随温度变化的关系。
E. M. Winkler[6]通过分析岩石内部水分相变膨胀规律发现，当岩石孔隙水发生相变时保持孔隙冰体积不变，则孔隙冰在－5 ℃，－10 ℃，－22 ℃时产生的膨胀压力分别达61.0，113.0和211.5 MPa，当岩体受外荷载越大时，其内部产生的冻胀力也会越大，并由此指出，冻岩的抗拉强度比抗压强度更应值得关注。
徐光苗和刘泉声[10，11]以江西红砂岩和湖北页岩为代表，分别进行不同温度(－20 ℃～20 )℃下的岩石单轴与三轴压缩试验。
试验结果表明，红砂岩和页岩单轴抗压强度与弹性模量都基本随温度降低而增大，但温度变化对红砂岩强度的影响大于其对页岩强度的影响，且岩石的含水状态对岩石的冻结强度影响显著。
杨更社等[12，13]对不同冻结温度下的饱冰岩石进行CT 扫描，分析了冻结温度、冻结速率对岩石损伤的影响。
但到目前为止，针对低温冻结环境下岩石基本力学性质的试验及理论研究较为少见，尤其是－20 ℃以下温度条件下岩石力学性质，国内方面很少见到。
本文从辽宁锦州拟建地下储库工程现场选取典型岩石(微风化花岗岩)试样，进行不同冻结温度(－10 ℃～－50 ℃)和不同含水状态(完全饱和、干燥)下的单轴及三轴压缩试验。
分析岩石的变形破坏规律，单轴及三轴抗压强度随低温温度及变化梯度的关系，认为对于微风化花岗岩，存在一个温度界限值，当试验温度低于－40 ℃时，岩石抗压强度随温度降低变化不再明显，抗压强度值趋于稳定。
同时，在低温试验结果基础上得到了三轴剪切强度参数cϕ，值随温度的变化关系。
2 试验设备及试验过程2.1 试验仪器及试样制备试验仪器采用长春朝阳仪器厂出产的RLW–2 000三轴压缩试验机，该试验机由轴向加载系统、围压加载系统、低温控制系统、计算机控制与测量系统4个部分组成。
试验原理如图1所示，试样安装完毕后，该系统首先通过超低温制冷循环柜冷浴降温介质(酒精)到指定温度，然后开启外循环，温度降低后的酒精不断循环进出压力室，以降低压力室内温度，并借助温度传感器来实现压力室内岩石试样温度的测量及控制，该系统温度控制精度可达到±0.5 ℃，试验机提供最大轴向试验力为2 000 kN，最大围压为80 MPa。
试验过程中荷载误差不超过200 N，仅为最大加载轴向力的0.01%。
加载方式可通过程序控制，试验数据由计算机自动采集。
试样采用岩芯来自辽宁锦州拟建地下石油储库钻探取芯，取芯后，对试样断面切割、磨平。
试样直径55 mm，高110 mm，符合国际岩石力学学会规定的高径比2.0～2.5的要求。
试样加工精度满足试样两端面不平行度误差不大于0.005 mm，断面不平整度误差不大于0.02 mm；沿试样高度上直径误差不大于0.3 mm；两端面垂直于试样轴线，最大第29卷 第4期 唐明明，等. 低温条件下花岗岩力学特性试验研究 • 789 •图1 低温三轴压缩试验原理图Fig.1 Schematic diagram of low temperature triaxial compression test偏差不大于0.25°。