高低温加载对大理岩力学特性影响的试验研究

许多工程(如采矿、隧道掘进、地热开采等)都涉及到岩石损伤及破碎问题.传统的岩石损伤破碎技术,如爆破法、水射流法、机械掘进法等均面临着一系列问题,利用岩石的热损伤性质辅助机械破岩有望实现安全、高效破岩的目的.大理岩是一种典型的硬岩,常见许多工程之中,因此本文以大理岩为研究对象,首先将均质性较好的大理岩试样加热至不同温度(20~1000℃)后放入液氮中进行急速冷处理,然后对其进行了系列的物理力学性质测试.试验结果表明:处理后密度、纵波波速、抗拉强度、单轴抗压强度(UCS)和弹性模量整体上都随温度的上升而下降;当加热温度在100℃之前,大理岩表现出一定的热硬化现象,即随着温度升高,其UCS、纵波波速以及弹性变形模量均增大;UCS变化的阈值温度为400℃左右,一旦温度超过400℃,UCS迅速下降,其速率达到了9 MPa/100℃,当温度超过500℃弹性模量迅速下降,其速率达到7.00 GPa/100℃,表明岩样抵抗变形能力减弱.整体上,热加载降低了大理岩的脆性,使其在单轴作用下的破坏模式由脆性破坏逐渐转化为弹塑性破坏.