微波辐照下花岗岩的损伤与能量演化规律研究

通过控制不同微波预处理工艺参数,基于能量守恒定律,对微波预处理后的花岗岩进行单轴压缩试验研究,分析了花岗岩破坏过程中总应变能、弹性能、耗散能的演化规律。研究结果表明:在微波功率相同的情况下,随着微波辐照时间的增加,试样的纵波波速和抗压强度均呈下降趋势。根据变形破坏中花岗岩的各能量占比及能量演化曲线的变化规律,可将微波辐照下的花岗岩演化过程划分为耗散能初始增长阶段、耗散能稳定增长阶段、耗散能平稳发展阶段、峰前加速耗能阶段和耗散能急剧上升阶段。花岗岩能量演化过程随微波辐照时间的增加呈现出一定的规律性,其第Ⅰ阶段占比随着微波辐照时间的增加逐渐增大。微波辐照时间为600 s时,耗散能占比由未经微波辐照时的17.53%增加至27.07%,基于能量的脆性指数由0.82下降至0.73,岩石的吸能能力和储能极限均有所降低,岩石塑性增强,表明微波有助于岩石从脆性到脆延性的转变。

不同微波作用模式下深部巷道砂岩的破坏行为和能量演化特征

有效破碎硬岩和预防并控制岩爆灾害是深部高地应力区施工的两个关键问题,也是确保深部工程安全高效施工的两条最重要的途径。本文以微波作用下坚硬砂岩的致裂弱化为出发点,以单次微波辐照处理的持续时间为变量,同时结合力学测试和声发射监测方法,论证了微波作用对防治岩爆灾害的可能性。结果表明,在微波作用下,坚硬砂岩的裂纹损伤应力占比从77%下降到62%;耗散能占比从6%增加到20%,基于能量的脆性指数从0.94下降到0.72;声发射监测结果表明,经微波作用后,砂岩的平静期从总时间的56.2%和59.6%大幅缩短至11.5%和8.6%。在本试验中,1 kW微波作用时长的阈值为2 min,超过该阈值时,岩石就会受到不可逆损伤。本研究可为深部高地应力区高效、安全破岩提供必要的理论支持和技术指导。