基于微观岩石力学试验和NWA13618陨石的小行星岩石力学参数分析

作     者：唐旭海 许婧璟 张怡恒 何琦 王正直 张国平 刘泉声 TANG Xu-hai;XU Jing-jing;ZHANG Yi-heng;HE Qi;WANG Zheng-zhi;ZHANG Guo-ping;LIU Quan-sheng

作者机构：武汉大学土木建筑工程学院湖北武汉430072 中国地质大学(武汉)行星科学研究所湖北武汉430074 马萨诸塞大学阿默斯特分校土木与环境工程系美国阿默斯特 

出 版 物：《岩土力学》 (Rock and Soil Mechanics)

年 卷 期：2022年第43卷第5期

页      面：1157-1163页

核心收录：

学科分类：08[工学] 080104[工学-工程力学] 0815[工学-水利工程] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 

基　　金：国家自然科学基金(No.12172264) 

主　　题：太空采矿 太空岩石力学 纳米压痕 小行星 陨石 跨尺度 

摘      要：未来人类的地外天体勘探、太空资源开发、地外基地建设等活动都离不开岩土工程技术的发展。目前,人类获得太空岩石样本仅有太空飞行器取样和收集陨石两种途径。由于陨石存量稀少、价格昂贵、尺寸小并且形状任意,因此难以加工成传统力学试验与模拟(mechanical testing&simulation,简称MTS)材料试验机等宏观岩石力学试验所需要的高质量标准岩样。基于微观岩石力学试验和统计分布模型,发展了适用于小尺寸陨石的力学参数测量新技术。首先,应用矿物自动定量分析系统(TESCAN integrated mineral analyzer,简称TIMA)获得NWA13618陨石成岩矿物组成、含量和分布。然后,利用网格纳米压痕技术进行大量压痕试验获得多点弹性模量;之后,利用高斯混合模型,统计求解NWA13618陨石中4种主要矿物的力学参数。橄榄石、辉石、铁镍金属、长石的弹性模量分别为116.73、101.77、87.24、70.74 GPa;最后,基于岩石力学试验结果,采用Mori-Tanaka均质化方法获得NWA13618陨石宏观cm尺度弹性模量为90.48 GPa。提出的微观岩石力学试验技术和尺度升级方法为预测L4型陨石母星小行星的力学性质提供了理论基础和技术手段。