不同温度热处理后砂岩三点弯曲的断裂特性左建平.pdf

第 3 1 卷 第 2 期 固 体 力 学 学 报 Vol . 3 1 No . 2 20 10 年 4 月 C H IN ESE J OU RN AL O F SOL ID M EC HAN ICS Ap ril 20 10 不同温度热处理后砂岩三点弯曲的断裂特性 1 ,2 2 ,3 2 2 2 左建平 　谢和平 　刘瑜杰 　胡 　本 　卢菁芳 ( 1中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室 ,北京 ,100083) (2 ( ) ) 中国矿业大学 北京 力学与建筑工程学院岩石力学与分形研究所 ,北京 , 100083 ( 3 四川大学水利水电学院 ,成都 ,6 10065) 摘 　要 　通过三点弯曲试验研究了不同温度影响下小尺度砂岩试件的断裂特性 ,证实温度的影响是明显的. 125 ℃是个临界温度点 ,此时不仅砂岩的平均断裂韧性达到最大值 ,而且这时砂岩的裂纹扩展模式也发生了根本性 ( ) ( ) 的变化 ,即低温 低于 125 ℃ 热处理后砂岩的断裂以沿颗粒断裂机制为主 ;而高温 大于 125 ℃ 热处理后的砂岩 的断裂以破断颗粒和沿颗粒的混合断裂机制为主. 在 100 ℃150 ℃的温度范围内,砂岩的力学特性变得不稳定 ,这 可能是由于粘土物质内部部分吸附水及层间水的蒸发使得粘土物质孔隙结构发生了变化及力学行为变得不稳定 所造成的. 从 125 ℃到 600 ℃,砂岩的断裂韧性整体有下降趋势 ,有约 50 %的降幅 ,这不仅与温度影响了粘土物质 与矿物的胶结情况有关 ,也与高温处理后砂岩表面出现的热开裂有关 ,还与因矿物颗粒及粘土物质的热学性质差 异导致冷却后存在的残余应力相关. 关键词 　砂岩 ,温度 ,三点弯曲,临界温度 ,断裂韧性 岩石影响的效果不同 ,对于宏观尺度的岩石 ,温度的 0 　引言 影响可能被实验仪器的误差所屏蔽 ;而对于小尺度 试件 ,温度的影响能够充分体现. 文献[ 11]通过单轴 很多岩土工程都涉及到岩石的断裂问题 ,如地 拉伸实验探讨了温度对小尺度砂岩断裂韧性的影 震 、边坡 、采矿和地铁隧洞工程等 ,而岩石断裂韧度 响 ,本文将继续通过三点弯曲实验来探讨温度对细 K 的测试对于定量评价工程的安全及稳定性有着 观尺度砂岩的断裂韧性的影响 ,并基于 SEM 对裂 重要的意义. 对于一些深部工程 ,人们似乎更关心温 纹扩展及破坏机理做了探讨. 有关三点弯曲实验已 度对岩石变形破坏的影响 ,这也是 目前大家所关注 被诸多学者用于测试混凝土 、岩石等脆性材料的断 的课题之一. 一些研究表明 ,多数宏观尺度岩石的强 裂韧性[ 1214 ] . 文献[ 12 ] 用三点弯曲法测定了大理岩 度随温度的升高而有所下降 ,而下降的