热处理后花岗岩纳米压痕试验研究

随着温度的升高,花岗岩宏观力学参数往往经历略升高、小幅降低、大幅降低几个阶段。利用纳米压痕测试仪器,对热处理后的花岗岩中主要矿物成分进行纳米压痕试验,揭示花岗岩宏观力学参数随温度演化的微观机理,(1)温度在300℃以内微观结构没有显著变化,基本上没有微裂纹产生,在300~500℃之间时岩体内部开始产生微裂隙,温度超过500℃时岩体内部产生大量微裂隙,并逐渐扩展增大;(2)石英在300℃以内弹性模量和硬度略有增加,超过300℃弹性模量和硬度开始下降。超过500℃晶体结构发生?相到?相转变,弹性模量和硬度急剧下降,长石在400~500℃之间时,弹性模量和硬度开始下降,超过800℃弹性模量和硬度急剧下降,云母在800℃以内弹性模量和硬度有所增加;超过800℃时弹性模量和硬度开始下降;(3)花岗岩宏观力学性能与主要矿物成分的力学性能和微观结构均相关,室温~300℃范围内主要受到前者控制,300~500℃范围内时受到两者联合控制,超过500℃后主要受到后者控制。研究结果可为研究花岗岩和其他岩石的温度效应提供实验数据和理论支持。

花岗岩微观力学性质试验研究

为探讨花岗岩的微观力学特性,通过粉晶X射线衍射和光学显微镜的表面观察,获得花岗岩各矿物成分及比例和在显微镜下的表面形貌。然后通过纳米压痕试验,得到荷载–位移曲线和残余压痕,定性分析花岗岩各成分的力学特征,对压痕试验结果统计分析获得各成分的弹性模量和硬度。再通过二次均质化方法得到花岗岩的等效弹性模量和泊松比,并与单轴压缩试验测得的弹性模量及已有研究资料的泊松比进行对比。结果表明:花岗岩主要由石英、长石、云母等成分组成,并能通过颜色、形态特征识别;石英结构致密,力学性质良好,长石次之,云母质地很软,有明显的孔隙结构;均质化方法计算的弹性模量与单轴压缩试验值相差较小,泊松比与已有研究资料基本吻合,其对于评价材料的力学性能有着重要的工程实践意义。研究成果有助于更好地了解花岗岩的微观力学特性,并为从微观角度确定岩石宏观力学性质研究提供参考。