海南北部玄武岩实时温度单轴拉-压强度试验研究

我国海南北部玄武岩储量丰富且分布广泛,矿化碳封存潜力巨大。实时温度下玄武岩的力学特性对深部玄武岩碳封存工程实践具有重要意义。本文采用配备高温环境炉的MTS万能材料试验机,对取自海南北部晚新生代玄武岩样品(主要矿物为富铝辉石和钙长石),开展了实时温度条件(25~250℃)下的巴西劈裂和单轴压缩试验,探究实时温度对其强度与变形破坏特征的影响。巴西劈裂试验表明玄武岩样品的抗拉强度随温度下降,且优势破裂面明显:室温时约13 MPa,50℃时显著下降至约8 MPa,250℃时下降至约7 MPa。单轴压缩试验结果显示玄武岩样品的杨氏模量与泊松比分别为31.0~175.3 GPa和0.13~0.48,最大值均出现在100~150℃;抗压强度为77.5~159.5 MPa,随温度上升有微弱下降趋势,但离散性增大;破裂模式随温度升高由单斜面剪切趋向多斜面剪切,可能是由于温度导致抗拉强度降低,进而导致拉张微裂隙比例增加。综合分析表明,玄武岩样品在25~250℃条件下力学特性的温度依赖性较为复杂:抗拉强度随温度升高而下降;单轴压缩力学参数离散性增加但无显著温度依赖性。其温度依赖性的主控机制为裂纹扩展速率(裂纹扩展激活能)的温度依赖性,而非热损伤。本研究结果表明,地下玄武岩碳封存工业实践中,随着埋藏深度(温度)的增加,玄武岩抗拉强度显著降低可能增加固碳反应引发的膨胀致裂的可能性,有利于提高玄武岩固碳效率,但玄武岩压缩变形破裂过程对固碳效率的影响仍需深入研究。