岩石高温力学性能

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。

文章编号：１００９ ６８２５（２０２０）２１ ００３９ ０４高温花岗岩物理力学特性研究综述★收稿日期：２０２０ ０７ ２２★：东北大学大学生创新创业训练计划项目“基于干热岩地热开发的高温花岗遇水冷却的物理力学特性的研究”（２０００７１）作者简介：翟宇星（１９９９ ），男，在读本科生翟宇星　李亚博　张恩华　彭志鹏　杨其要　贾　蓬（东北大学资源与土木工程学院，辽宁沈阳　１１０８１９）摘　要：针对花岗岩受高温作用后的力学特性，从高温花岗岩研究的分类、高温花岗岩失稳机理等方面，对国内外具有代表性的研究成果进行了梳理，并对后续研究进行了展望。

主要从实时高温下花岗岩物理力学特性的研究、不同冷却方式下高温花岗岩各项性能的研究和高温花岗岩在其他条件下各项特性研究方面进行了综述。

高温花岗岩失稳的主要因素是其内部结构的变化，而岩石组分改变以及结晶态相变是导致高温下岩石力学性质突变的重要原因。

关键词：高温花岗岩，物理力学特性，超声波中图分类号：ＴＵ４５２文献标识码：Ａ１　概述众所周知，温度是影响岩石物理力学特性的重要因素之一。

大量研究都表明，温度变化会对花岗岩造成热损伤，高温热损伤后岩石的力学性质呈劣化现象。

分析岩石静动态力学特性随着温度的变化规律，对于揭示岩石工程在极端工况下的变形破坏机制具有重要的工程意义和实用价值。

自２０世纪７０年代，各国学者从理论和实验上，取得了诸多成就。

文献［１］考察了温度对材料韧性和脆性转变的影响，得出韧脆转变的临界温度随加载率的增加而增加。

ＡｌｓｈａｙｅａＮＡ等［２］利用声发射手段来研究加热条件下岩石的劣化损伤，主要测量了２０℃～５０℃的花岗岩的断裂韧性ＫＩＣ。

许锡昌等［３］研究了２０℃～６００℃的花岗岩在单轴压缩状态下的基本力学参数随温度的变化情况，并发现７５℃是花岗岩弹性模量的临界温度，而２００℃是其单轴抗压强度的门槛温度。

然而，近年来，向地球深部进军是我们必须解决的战略科技问题，在各类深部地下岩石工程中，如深部矿山开采、放射性核废料深层地质处置、干热岩地热能开采等，都涉及到２００℃以上高温岩石的研究。

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。

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。

岩石温度对力学性质的影响测试方法与分析在地质工程和岩土工程中，岩石的力学性质是评估其稳定性和可用性的重要指标之一。

然而，岩石温度对其力学性质的影响往往被忽视。

本文将探讨岩石温度对力学性质的影响，并介绍相关的测试方法和分析。

一、影响力学性质的岩石温度因素在分析岩石温度对力学性质的影响之前，我们需要了解哪些因素会影响岩石的温度。

岩石温度受到以下几个主要因素的影响：1.地下埋藏深度：随着埋藏深度的增加，岩石温度逐渐升高。

这是因为地下具有较为稳定的温度梯度，根据地温梯度规律，每深入地下100米，温度通常升高约3-4°C。

因此，越深的岩石温度越高。

2.地震活动和火山活动：地震和火山活动会导致地壳的活动和破坏，进而影响岩石的温度。

地震引起的应力变化和摩擦产热，地震热释放也会影响岩石温度。

而在火山活动中，岩浆的喷发会导致岩石温度剧增。

3.地壳演化：在地质历史长时间尺度上，地壳演化会对岩石的温度产生影响。

地壳板块的运动、造山作用等都会改变岩石的温度。

二、测试岩石温度的方法为了准确地测试岩石温度，我们可以采用以下几种方法：1.测温孔法：这是一种常见的方法，通常适用于较浅层的岩石。

通过在岩石中钻取一定深度的孔洞，然后利用温度传感器测量孔洞内的温度。

通过多个测温孔的数据，可以绘制岩石温度的垂向分布曲线。

2.测温电缆法：这种方法适用于深部岩石的温度测试。

通过将带有温度感应电缆的钻孔安装到岩石中，电缆会记录和传输温度数据。

利用这些数据，可以实时监测岩石温度的变化。

3.热流法：该方法通过测量岩石的热流来推断其温度。

通过测量岩石样品的导热系数和热容量，结合测得的热流，可以计算出岩石的温度。

三、岩石温度对力学性质的影响岩石温度对其力学性质有着显著的影响。

以下是其中几个方面的分析：1.强度性质：岩石的强度是评估其稳定性的重要指标之一。

随着温度的升高，岩石的强度通常会下降。

这是因为温度升高会导致岩石中的微小裂缝扩张、岩石矿物相变和岩石中胶结材料的软化，进而影响岩石的力学性能。

高温后花岗岩的物理力学特性试验研究摘要：岗岩在现今的高温环境中已成为一种非常受欢迎的建筑材料。

为了确定高温下花岗岩的物理力学性能，本文利用常规室温应变测试、拉伸强度测试等方法，对一种花岗岩样品进行了高温处理试验，以探究其物理力学性能。

结果表明，随着高温处理温度的升高，花岗岩的拉伸强度和应变均明显降低。

同时，花岗岩的抗压强度、抗折强度和抗裂性能增强显著，即花岗岩在高温条件下的压缩强度更高，变形能力更强。

因此，高温处理后花岗岩的物理力学性能有望得到提高，从而可以应用于更高温度的环境中，为建筑材料的安全性能提供有力支撑。

关键词：花岗岩；物理力学性能；高温；试验研究1、言花岗岩是一种非常重要的建筑石材，广泛应用在室内外建筑装饰，近年来随着全球气候变暖，生态环境恶化，环境温度日益陡升，花岗岩材料在高温环境中的使用成为研究话题之一，因其对建筑结构完整性和外观美观性有着重要影响。

2、试验方法在本次研究中，采用特定标准花岗岩样品，中压试验机进行高温处理，其中包括室温应变测试、拉伸强度测试、抗压强度测试、抗折强度测试、抗裂性能测试等。

3、研究结果3.1温应变测试花岗岩在室温条件下，循环载荷作用下，样品应变随着温度的升高而增加。

当处理温度为75C，样品应变达到最高点，但是随着处理温度的继续增加，样品应变出现下降趋势，而当温度高于100°C时，样品的应变量下降较快。

3.2伸强度测试定义一组拉伸强度为参考，设定拉伸速度为0.0001 m/s，采样样品在室温下测定的拉伸强度值为10 MPa。

随着每一温度处理步骤，样品拉伸强度均会有所降低，最终降至最低点2MPa，当温度达到100°C时，随着温度的升高而快速下降。

3.3压强度测试定义一组抗压强度为参考，抗压试验静态加载输入，样品在室温下测定的抗压强度为18MPa。

随着温度升高，样品的抗压强度均会有所增强，最终达到最高点25MPa，当温度达到100°C时，样品的抗压强度出现稳定状态。

花岗岩高温力学性能国内外学者对岩石在常温、高温高压下的各种物理力学性能进行了研究。

Alm等考察了花岗岩受到不同温度热处理后的力学性质，并对花岗岩在温度作用下微破裂过程进行了讨论；张静华等对花岗岩弹性模量的温度效应和临界应力强度因子随温度的变化进行了研究；寇绍全等系统地研究了经过热处理的Stripa花岗岩的力学特性，得到了工程中需要的基本力学参数；林睦曾等研究了岩石的弹性模量随温度升高而变化的情况；Oda等研究了在温度作用下岩石的基本力学性质；Lau研究了较低围压下花岗岩的弹性模量、泊松比、抗压强度随温度的变化规律以及破坏准则；许锡昌等通过试验，初步研究了花岗岩在单轴压缩状态下主要力学参数随温度（20～600℃）的变化规律；朱合华等通过单轴压缩试验，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。

1.高温下花岗岩力学行为研究张志镇在《花岗岩力学特性的温度效应试验研究研究》一文中以花岗岩（采自山东省兖州矿区济二井，主要成分为长石，以含钙钠长石为主，有部分钾长石，同时含有部分伊利石、辉石和少量其他矿物。

加工成直径为25mm，高为50mm的圆柱体）为研究对象，在进行实时高温作用下（常温～850℃）单轴压缩试验。

得到的应力－应变曲线亦大致经历4个阶段：压密阶段、线弹性阶段、弱化阶段和破坏阶段。

由图1可以看出，实时高温作用下花岗岩的应力-应变曲线形状几乎一致，非弹性变形过程相对较短，当应力达到峰值时，岩样迅速破裂，呈脆性破坏；温度升高，直线段的斜率降低，表明弹性模量随着温度的升高而降低；温度超过550℃以后，峰值明显减小，轴向应变呈现出增大的趋势，主要是因为岩样的脆性减弱而延性增强。

从热-力学的角度，当温度升高时，岩石晶体质点的热运动增强，质点间的结合力相对减弱，质点容易位移，故塑性增强而强度降低。

深部煤岩体高温高压下的力学性质理论研究国内近年来随着埋藏在中、浅部煤炭资源的不断减少，以及机械化水平的提高，人们逐渐把目光转移到深部煤炭资源。

我国东部和中西部的一些大型国有矿井相继进入深部开采阶段，如大同、平顶山、阳泉等煤矿，未来几年内将不断有更多的˚大型煤矿进入800m以上的深部开采。

在深部开采中，煤岩体的力学性质发生了很大的改变，破坏机理也随之改变，最常见的是煤岩体流变和热损伤问题。

因此碰到了许多与浅部开采不同的工程问题。

随着采深的增加，矿山压力与温度都随之不断增加。

在深部条件下，地温常达到30˚C～50˚C,围压达到很大，工人作业条件差，巷道维护困难，发生冲击矿压的次数与强度将显著增加，但对采场顶板压力大小的影响并不突出。

岩石圈及岩石流变已成为大陆岩石圈研究的前沿和热点之一，受到国内外的科学家的重视。

1、高围压对岩石力学性质的影响在三向压缩条件下，随着围压的增大，岩石的屈服极限强度、强度峰值和残余强度都随之增大。

大部分岩石在一定的临界围压下出现屈服平台呈现塑性流动现象。

因此随着采深的增加，围压变大，煤岩体的极限强度变大，承载能力变强，岩石的韧性加强，使一些在浅部表现为比较坚硬的岩石在深部表现出软岩的大变形、大地压、难维护特征。

深部开采中，在自重应力和构造应力作用下，围压相比浅部高出很多，岩石承载能力和参与强度变大，脆性向延性转化，流变现象明显，破坏机理与浅部有较大区别。

王绳祖等对岩石的脆——韧性及塑性流动网络进行了深入的理论和实验研究。

他指出，随着矿物组成、粒度、流变、压力、应变速率、液体介质因素的变化，岩石有脆性—>半脆性——>半延性——>延性转化,这种变化过程涉及力学行为、宏观结构和微观物理机制，尤其是岩石共轭剪断网络和塑性流动网络的实验成果不仅深化了脆-韧性转化认识，同时为岩层多层模和塑性流动网络关系提供了实验依据。

对辉绿岩、辉长岩和石灰岩的脆-韧性转化，高温高压实验结果与上述结论是一致的。