基于声发射监测的岩石热损伤实时演化研究

作     者：张玉良 吴必胜 赵高峰 ZHANG Yuliang;WU Bisheng;ZHAO Gaofeng

作者机构：天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室天津300354 清华大学水利水电工程系北京100084 

出 版 物：《中南大学学报（自然科学版）》 (Journal of Central South University:Science and Technology)

年 卷 期：2021年第52卷第8期

页      面：2945-2958页

核心收录：

学科分类：081803[工学-地质工程] 08[工学] 0818[工学-地质资源与地质工程] 

基　　金：国家重点研发计划项目(2018YFC0406800) 国家自然科学基金资助项目(11772221,51979187) 天津市自然科学基金重点资助项目(19JCZDJC39400) 

主　　题：声发射 岩石 热损伤 深地热 损伤机理 

摘      要：为了建立岩石热损伤演化模型,基于NI高性能测试系统与LabVIEW开发环境,通过对不同岩性试样(3种花岗岩和3种砂岩)进行热损伤试验,捕捉岩石在升温(从室温到500℃)和降温过程中的声发射信息。采用薄片分析方法揭示岩石经历高温作用前后的微观结构。根据声发射能量与弹性模量,建立岩石热损伤演化模型。研究结果表明:岩石在经历高温作用后微观裂隙增多,薄片糙面粗糙度增大;声发射信号频率存在2个明显的区间,即0.1~20 kHz和20~80 kHz,声发射幅值主要集中在50~70 dB;不同岩石的声发射能量存在显著差异,花岗岩的热损伤主要集中在升温段,砂岩的热损伤主要集中在降温段,揭示了岩石热损伤演化具有高度的岩性依赖性。岩石热损伤演化模型较好地表征了岩石损伤变量随温度升高和降低的演化;花岗岩和砂岩热损伤过程中的损伤机理存在明显的差异,花岗岩中结晶颗粒的面-面接触使其具有非均匀变形和含缺陷矿物颗粒导致的双重损伤机理,砂岩碎屑颗粒的点-点接触关系导致其损伤中以含缺陷矿物导致的降温损伤机理为主。