组合冷却后高温花岗岩物理力学及劈裂面粗糙度试验研究

作     者：崔翰博 唐巨鹏 姜昕彤 CUI Hanbo;TANG Jupeng;JIANG Xintong

作者机构：辽宁工程技术大学力学与工程学院辽宁阜新123000 

出 版 物：《岩石力学与工程学报》 (Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering)

年 卷 期：2021年第40卷第7期

页      面：1444-1459页

核心收录：

学科分类：0709[理学-地质学] 0819[工学-矿业工程] 08[工学] 080104[工学-工程力学] 0818[工学-地质资源与地质工程] 0708[理学-地球物理学] 0815[工学-水利工程] 0816[工学-测绘科学与技术] 0813[工学-建筑学] 0814[工学-土木工程] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 

基　　金：国家重点研发计划项目(2016YFC0600901) 国家自然科学基金面上项目(51874165) 辽宁省“兴辽英才计划”项目(XLYC1902106)。 

主　　题：岩石力学 组合冷却 热破裂 浸水冷却比例 劈裂面粗糙度 

摘      要：注流采热过程中干热岩(hot dry rock,HDR)浸水冷却降温与干燥自然降温区域间会形成新裂隙通道,裂隙的粗糙度直接对流体渗流传热过程产生影响。因此,以松辽盆地北部大庆地区花岗岩为研究对象,对组合冷却(单一岩体部分自然冷却,部分浸水冷却)不同初始温度(100℃~600℃)与不同冷却比例(完全自然冷却、1/4浸水冷却、1/2浸水冷却、3/4浸水冷却、完全浸水冷却)试件进行巴西劈裂试验,利用自行研制的粗糙度轮廓测试仪对劈裂面粗糙度进行测量,研究上述条件下花岗岩物理力学特性(表观温度、浸水面上移高度、外观形态、抗拉强度)与劈裂面粗糙度特性(高差参数:高差峰值谷值分布、高度均方差;纹理参数:粗糙度系数、粗糙角)变化规律,并考量高差参数与纹理参数间关系,同时建立抗拉强度与粗糙度特性间拟合曲线。研究表明:(1)初始温度越高,岩体表观温度降幅越大,浸水冷却一侧降温速率高于自然冷却。(2)浸水冷却过程中,浸水高度会产生上移,温度越高,上升程度越明显,出现了初始温度500℃,600℃表观温度低于400℃试件的异常现象。(3)温度升高,高差峰值分布区域逐渐向浸水区域扩展;初始温度600℃、浸水冷却高度比为3/4,抗拉强度损失最大(84.88%,14.84%),裂隙高差参数、纹理参数达到最值。(4)温度不同,试件抗拉强度与粗糙度特征间拟合系数较高;浸水比例不同,拟合系数虽有不同程度下降,但仍保持一定相关性,利用抗拉强度去判断岩体劈裂面粗糙度具备较高可行性。上述研究有望为HDR热破裂时裂隙扩展规律的判定提供一定参考。