岩石内应力的基本特征及研究进展

关于岩石内应力在文献上已有较多的论述和讨论,多数专家均承认岩石中存在内应力,但是由于岩石内应力是在岩石自身建造及改造过程中形成的,岩石内应力的复杂性导致了其研究均停留在概念、假说或测量结果的讨论层面,岩石内应力的储存过程以及释放特性等许多问题尚未得到深入和完善的解答。本文通过总结已有的研究成果,分析了岩石内应力的储存过程及释放特性,并提出了岩石内应力问题的进一步研究目标和方向。通过讨论认为,岩石内应力的储存与岩石的物质结构状态密切相关,岩石的弹塑性特点是岩石内应力储存的必要条件,塑性变形是引起岩石内应力释放的一种可能的途径。进一步的研究方向应集中于岩石内应力的形成机理、释放特征及其在岩石工程中的应用上。

岩石内应力的X射线-中子散射测量方法

岩石内应力的储存和释放对深地资源和能源开发具有重要约束。矿物晶格间距的动态变化是揭示岩石内应力演化的重要指示。X射线衍射法是当前获取矿物晶体结构的主要手段,可以准确测定矿物的特征衍射峰。但是,对于具有复杂结构和矿物组成的岩石,X射线在穿透过程中携带的统计信息,难以反映矿物晶格间距的细节特征。中子射线的能量高、穿透深度大,且与原子核反应,因而能更准确地刻画矿物元素位置和结构细节,但中子的波长较长、校准困难,结果具有不确定性,导致中子射线在岩石内应力研究中未能发挥应有作用。在分析X射线、中子技术优势和固有局限的基础上,提出了岩石内应力的X射线-中子衍射测量方法,重点剖析了该方法的基本原理,提出了该方法的关键技术与研究前景。得出了如下结论:利用X射线在确定岩石矿物晶格参数的优势,结合加热处理等技术,可实现岩石矿物无应力条件下晶格间距的标定;采用中子衍射技术可精确测量岩石矿物的衍射偏移峰,实现岩石内应力深度轮廓的精准刻画;结合X射线与中子的优势,可实现岩石内应力绝对值的精确测量。提出的技术手段有利于揭示岩石内应力的微观储存和释放过程,以及长期存留的物质条件和物理力学机制,并有望为岩石矿物组成和微观结构研究提供一种新的技术方案。