温度作用下岩石力学行为的研究进展

岩石冻融循环对力学性质的影响试验研究与应用岩石是地壳中常见的材料之一，因其在地质和土木工程中的广泛应用而受到广泛关注。

岩石的冻融循环是影响其力学性质的重要因素之一。

本文将进行岩石冻融循环对其力学性质的影响进行试验研究，并探讨其在实际应用中的潜在价值。

一、冻融循环对岩石强度的影响冻融循环是指岩石在温度变化下的连续冻结和融化过程。

在冻结过程中，岩石中的水分会形成冰晶，膨胀产生内应力；而在融化过程中，冰晶融化后会造成岩石体积的缩小。

这样的反复冻融循环会对岩石的强度产生明显的影响。

通过试验研究，我们发现冻融循环会使岩石的强度逐渐降低。

冰晶的膨胀会导致岩石的微裂纹扩展，从而破坏内部结构。

此外，融化过程中冰晶的收缩也会加剧岩石内部的应力。

这些因素的综合作用会导致岩石的强度下降，甚至引发剧烈的破坏。

二、冻融循环对岩石自重应力的影响岩石作为地壳的一部分，其内部存在着自重应力。

冻融循环会对这种应力产生一定的影响。

当岩石经历冻结过程时，冰晶的膨胀会使原本平衡的自重应力发生变化。

特别是在持续的冻融循环过程中，岩石的内部结构会不断重组，使自重应力分布发生变化。

这些变化会导致岩石的应力状态失衡，增加岩石破裂和滑动的风险。

三、冻融循环对岩石孔隙度的影响岩石的孔隙度是其物理性质之一，对岩石的渗透性和承载能力具有重要影响。

冻融循环会对岩石的孔隙度产生影响。

在冻结过程中，岩石中的水分会形成冰晶，导致岩石的孔隙度增大。

冰晶的膨胀会使原本紧密排列的岩石颗粒分离，形成新的孔隙。

而在融化过程中，冰晶融化后会导致孔隙的消失或者减小。

这种连续的扩大和缩小过程会引起孔隙度的变化，从而对岩石的渗透性产生影响。

四、冻融循环在工程实践中的应用冻融循环对岩石力学性质的影响在工程实践中具有重要应用。

我们可以利用这一特性来评估岩石的稳定性，并采取相应的措施来预防可能的岩石破坏和滑坡事件。

例如，在隧道工程中，冻融循环会对岩石围岩的稳定性产生重要影响。

通过对冻融循环过程进行模拟试验，我们可以评估岩石围岩在不同温度条件下的稳定性，并确定适当的支护措施。

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。

2018年4月内蒙古科技与经济八pril2018第7 期总第 401 期InnerMongoliaScienceTechnology&Economy No. 7 Total No. 401 e f c q石物j D T特h e v w;究吕伍杨(中国地质大学（武汉）工程学院，湖北武汉430074)摘要：文章分别探讨了温度对岩石微观性质及宏观性质的影响。

关键词：岩石；热导率；热扩散系数；单轴抗压强度；弹性模量中图分类号：TD315 文献标识码：八 文章编号：1007—6921 (2018) 07—0068—011温度对岩石的微观性质影响分析温度发生变化，会对岩石的微观性质产生影响，主要包括对岩石各矿物成分的影响以及对岩石内部微裂隙的影响。

1.1 温度对岩石矿物影响分析岩石是一种包含多种矿物颗粒成分的集合体，其物理力学特性千差万别，由于各种成分的区别，对岩石宏观上也会产生作用效果各异，各种成分受热后体积发生的变化各异，且在各个方向上表现出的效果有差别，经过加热处理后，岩石内部各组分间的温度应力差别很大；矿物种类不同，晶体在结晶时的方向和晶体的空间排列的形式不同，导致晶体中的晶格能各不相同。

岩石在不同温度以及荷载下，内 部会形成裂隙，依据裂隙发生与发展方式的区别，可 以划分为晶间裂隙及穿晶裂隙[1]，产生不同种类的裂隙需克服的作用力有差别，形成晶间裂隙需要克服晶体间的胶结物质，而产生穿晶裂隙需要克服相对较大的阻力。

破坏晶体结构所需的能量与破坏晶体的结构所需的能量差别很大，且与晶体的晶格能大小相关，晶格能越大的矿物晶体，破坏时所需的能量越大。

1.2 温度对岩石内部微裂隙的影响对于岩石而言，所含的矿物成分种类繁多，各矿物成分的含量与空间分布差异很大，岩石在本身成岩和风化过程中已存在部分裂隙。

由于各种矿物成分的热膨胀系数差异很大，在温度变化过程中，不同分各的 程不同， 同 种分程中的体积变化具有各向异性，造成矿物彼此接触部位变形不协调，造成相互挤压或分离，产生热应力，形成裂隙。

岩石温度效应试验研究及其流变力学特性分析的开
题报告
一、研究背景和意义
研究岩石温度效应试验和流变力学特性的目的是为了更深入、更全面地了解岩石的物理力学性质和应力变形规律。

随着人们对于地下能源资源的开发和利用的需要越来越高，岩石力学等领域的研究成为了一个热门的话题。

而岩石在高温、高压等极端环境下的力学特性是其实现地下矿产开采和能源开发的重要基础，因此研究岩石在高温环境下的力学特性对于地下工程的设计和开发具有十分重要的意义。

二、研究内容和方法
该研究的主要内容为利用岩石温度效应试验仪，对不同温度下的岩石试样进行拉伸、压缩和剪切等多种试验，并记录和分析其变形和破坏特性，以得出岩石在不同温度下的流变力学特性。

同时，还将利用数值模拟方法对实验过程进行仿真分析，从而更加深入地理解岩石的物理力学性质。

三、预期研究结果
预计研究成果将为地下工程的设计及能源开发等领域提供有价值的科学依据。

具体来说，预期通过岩石温度效应试验和数值模拟分析，得出岩石在不同温度下的流变力学特性，包括其弹性模量、杨氏模量、泊松比等物理参数，及其在高温环境中的变形和破坏规律等方面的研究成果。

最终目的是提高岩石力学领域的技术水平，为地下能源资源的开发和利用提供科学依据。

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。

岩石温度-化学耦合作用下力学性能及实验研究摘要：目前，裂隙岩石的温度-化学耦合过程研究已成为国际岩土工程领域最前沿的课题之一。

在地下处理及边坡工程中，裂隙岩石所赋存的地质条件十分恶劣，所涉及的物理-化学过程复杂，主要有热传输过程（T）、介质应力变形（包括断裂、损伤）过程（M）、化学反应（C）等几个过程。

一方面裂隙岩体受地热、水化学溶液侵蚀作用后，使其物理化力学性质发生很大变异，另一方面，水溶液通过溶蚀岩体而将溶蚀物质带走，使岩体性状变差，严重影响岩土工程的长期稳定性。

因此耦合过程研究是相关的岩石工程的最基础性研究之一，具有十分重要的科学意义和工程意义。

关键词：力学性能腐蚀损伤变量单轴试验一、化学损伤变量的定义（1）损伤机理岩石被浸泡在各种化学溶液里发生的化学作用，主要有溶解作用、水解作用和碳酸化作用等。

而且岩石中有很多矿物能溶解于水，如K+、Na+等氯化物，Ca2+,Mg2+等氯化物和碳酸盐以及Fe3+ ,A13+等氧化物和硅酸盐，所以岩石受到化学作用后，其中岩石中胶结物质反应掉而使剩余难溶矿物丧失相互胶结能力，使岩石变得松散脆弱，有效承载面积降低。

（2）化学损伤变量根据有效承载面积定义化学损伤变量：DC==（1）其中,R,V0, 分别是岩石初始有效承载面积，承载体体积,及质量。

，，，分别是化学腐蚀后岩石没有承载能力部分的面积，体积及质量。

二、化学损伤变量的计算设化学溶液与岩石反应的一般化学反应方程式为：（2）其中A为与岩石反应的溶质，B为岩石中参与反应的成份，G，H为化学反应生成物由化学动力学方程得：（3）其中是A物质化学反应速率，是化学反应速率常数，,分别为A物质与B物质的浓度，，是反应级数。

由Arrhenius (阿仑尼乌斯)公式[1]可得其中为前置因子，Ea 为反应活化能，R为气体常数取8.314，T为反应温度。

故化学反应速率方程为单位：（4）设岩石在化学溶液中浸泡的时间为t,从0~t时间，温度变化函数为T(t),浓度变化函数为，溶液体积为V则经过时间t, A物质的消耗量为N1= （5）B物质的消耗量为N2= （6）设岩石中每种成份都是均匀分布的，反应消耗掉的B物质的摩尔质量为MB ，B物质质量占岩石总质量的比重为p，则化学腐蚀导致岩石结构破坏丧失承载能力部分的质量为（7）则化学-温度作用下的化学损伤变量为DC= = （8）三、试验验证本文取文献[4~5]（“均质砂岩酸腐蚀的力学性质分析”霍润科等著）中的实验数据验证常温下本文本构模型。

第17卷第13期2017年5月1671 — 1815(2017)13-0261-05科学技术与工程Science Technology and EngineeringVol. 17 No. 13 May2017©2017 Sci.Tech.Engrg.温度循环对岩石物理力学性质影响明杏芬范成伟(武昌工学院土木工程学院，武汉>30065)摘要温度的交替性变化对岩体内部损伤加剧，岩石损伤的积累与发展，导致高寒区岩土工程发生破坏失稳。

选取花岗 岩、砂岩进行不同温度循环条件下的单轴压缩试验，分析花岗岩抗压强度、弹性模量、抗拉强度与温度循环次数的变化关系；对经历不同温度循环次数的岩石试件进行纵波波速测定'并引入纵波波速劣化度，定量分析温度循环对岩石的损伤。

结果表 明，花岗岩抗压强度、弹性模量、抗拉强度逐渐减小，且与温度循环次数拟合关系可表征为负指数变化关系'温度循环条件下，岩石试件的纵波波速随循环次数的增大而减小，温度循环初期，波速值变化速率较快，后期变化趋势基本平缓。

试件纵波波 速劣化度最大可达15. 02%，表明温度循环对岩石产生明显损伤。

研究为寒区岩土工程的稳定性分析提供试验依据，具有较 高的参考价值。

关键词温度循环 纵波波速 岩石力学 指数变化中图法分类号TU458; 文献标志码B温度交替是寒区常见的自然现象，对工程岩 体的稳定性造成严重影响，随着西部大开发的深 入，西部寒区铁路、隧道、矿山建筑物的广泛修筑，温度循环成为亟待解决的问题(1)。

针对温度循环 带来的各种工程问题，许多学者对寒区岩石物理学性质的变化规律开展试验研究，得到许多有益 成果。

张慧梅、杨更社等[2—4]对岩石的冻结力学特性开展深入研究，并建立系统性的分析岩石冻结损伤的力学模型，对冻融循环作用下的岩石力 学性质的损伤特征分析取得有益成果。

韩铁林 等[5]以砂岩为研究对象，对不同水化学条件下的冻融循环对砂岩的力学特性的损伤特征和劣化机 制进行探讨，并对砂岩的损伤特征进行定量描述。

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。

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。

温度作用下花岗岩断裂行为损伤力学分析由于岩石是含有微裂隙、微孔洞等初始缺陷的天然材料,当受热或承受一定载荷后,不可避免地会在其中产生大量细观裂纹,并随着温度的升高或载荷的增大而逐渐扩展,在一定程度上表现出材料受力性能的劣化,说明温度、载荷对岩石造成了损伤[1-4]。

目前,国内外学者对温度影响下岩石损伤特性做了大量的研究工作。

刘泉声等[5]从花岗岩弹性模量随温度的变化规律入手,提出了热损伤的概念,在此基础上导出了热损伤演化方程和一维热力耦合弹脆性损伤本构方程。

徐燕萍等[6]推导了岩石热弹塑性力学特性本构方程。

付文生等[7]提出采用两个损伤变量来描述各向同性材料的损伤变化规律。

王利等[8]定义了弹性应变表示的一维损伤变量及其本构模型,利用双剪强度理论将其推广至三维模型。

但从力学意义上讲,损伤变量选取的一个重要原则是容易与宏观力学量建立联系并且易于测量。

声发射是材料在外力作用下,其组成微粒产生错位或裂纹等释放出能量而产生的弹性波。

声发射检测直接反映了试样内部的损伤,因而声发射累积数可用于表征试样的损伤度[9-11]。

因此本文基于岩样在不同温度作用下的力学实验和声发射实验,讨论了由于载荷作用引起的机械损伤和由于温度作用引起的热损伤,建立了热力耦合损伤本构方程,同时研究了花岗岩热损伤开裂机理。

1实验1.1方法实验所采用的岩样为产于某矿区的花岗岩,按岩石力学性质试验规范加工成25 mm ×50 mm的圆柱体。

温度自室温开始,以2℃/s的速率匀速加温到50,100,200,300,400,500,600,700,800,900,1 000,1 100,1 200℃,恒温20 min后自然冷却至常温。

实验采用位移控制方式,以0.001 5 mm/s的加载速率一次加载至破坏,实验过程中测量岩样载荷、变形及声发射参数等。

1.2设备温度的施加采用高温炉MTS652.02实现,加载设备采用MTS815电液伺服材料试验系统,声发射监测采用由美国声学物理公司生产的PCI-2声发射仪。

温度与化学作用下岩石物理力学性质研究进展
李博宇;彭文祥;王李昌;隆威
【期刊名称】《地质装备》
【年(卷),期】2022(23)2
【摘要】深地钻井与储层改造是干热岩开发利用的关键技术手段,研究温度与化学作用下岩石物理力学性质对于钻井井壁稳定及热储层改造技术至关重要。

本文分别梳理了不同冷却条件下高温岩石物理力学性质、实时高温状态下岩石物理力学性质及化学作用下岩石物理力学性质的研究现状,总结了温度与化学作用对岩石物理力
学性质的影响机理,提出了现阶段该领域研究所需要攻克的难点。

【总页数】5页(P33-37)
【作者】李博宇;彭文祥;王李昌;隆威
【作者单位】中南大学
【正文语种】中文
【中图分类】P584;TU45
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