巖石高溫剪切裂紋擴展與止裂的實驗研究.pdf

1、在采礦和巖土工程中，隨著開挖深度的增大，地熱加劇，裂隙巖體經常發(fā)生高溫平面剪切(Ⅱ型)斷裂破壞，必須研究巖石的剪切裂紋擴展規(guī)律以尋求裂紋止裂途徑。目前，國內外關于巖石高溫剪切裂紋擴展規(guī)律與止裂的研究相對甚少。本文通過試驗和計算方法開展巖石高溫剪切裂紋的擴展規(guī)律與止裂研究，對巖石斷裂力學的發(fā)展、巖體工程安全評估、災害預測等具有重要的理論和實際意義。 利用導電膠做為電測介質，建立了一種研究巖石剪切裂紋擴展規(guī)律的新型實驗方法一導電膠電

2、測法。與現(xiàn)有的電測法相比，該方法能夠實現(xiàn)巖石高溫(低于100℃)裂紋擴展參數(包括起裂時刻，裂紋穩(wěn)定與失穩(wěn)擴展速度，裂紋穩(wěn)定與失穩(wěn)擴展時間等)的連續(xù)測量，為分析巖石裂紋擴展規(guī)律與止裂提供了一種有效可行的監(jiān)測手段。 通過壓剪盒實驗和導電膠電測法，測定了高溫(20℃-100℃)下紅砂巖試件剪切裂紋的起裂時刻、穩(wěn)定與失穩(wěn)擴展速度、穩(wěn)定與失穩(wěn)擴展時間。結果表明：巖石剪切裂紋的穩(wěn)定擴展速度隨原裂紋長度的增加而增大，但受環(huán)境溫度(100℃以

3、下)的影響不大。巖石剪切裂紋的失穩(wěn)擴展速度與原裂紋長度無關，但隨著溫度的升高明顯增大，且呈線性關系。 通過有限單元法計算具有不同開孔位置與尺寸的試件裂尖最大主應力、等效應力以及邊緣最大主應力、等效應力，確定了具有最佳止裂效應的開孔位置與尺寸的雙孔試件，為巖石剪切裂紋止裂實驗提供依據。 通過壓剪盒實驗和導電膠電測法，測定了高溫(20℃-100℃)下開雙孔試件的剪切裂紋擴展參數。結果表明：雙孔試件的剪切裂紋穩(wěn)定擴展時間隨溫度