微波照射引起花岗岩力学性质及其损伤变化的研究

作     者：冯昌超 

作者单位：西安科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：戴俊;伍晓军

授予年度：2020年

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）] 

主      题：花岗岩 微波照射 力学性质 强度弱化 

摘      要：借助微波能量诱导硬岩压裂已被认为是岩石压裂和破碎的一种潜在有效方法,将微波与破岩设备结合有利于隧道掘进和开挖。因此,探究微波照射后的岩石力学性质与损伤特性,对推进微波辅助破岩技术的发展具有极大的现实意义。然而,微波能量对岩石作用后,不仅会改变其力学性质,还会引起岩石损伤的变化。基于此,为了探究微波能量与岩石力学性质及其损伤的关系,本文以花岗岩为研究对象,以纵波波速变化为岩石的损伤参考指标,以试样表面温度、质量损失率、微裂纹发育规律作为损伤辅助参考指标,分析岩石损伤演化规律。并以峰值应力、峰值应变、弹性模量、普氏系数为岩石的力学指标,采用试验与理论结合的方法研究了不同微波照射参数下微波照射引起花岗岩力学性质及损伤变化的规律。主要研究结论如下:（1）通过对岩石分别进行照射功率为2 kW、3.3 kW、4 kW、5.3 kW、6 kW;照射时间为100 s、150 s、200 s、250 s的微波照射试验,再利用MTS电液伺服试验机对微波照射后的试样进行单轴抗压强度试验,得出微波照射后岩石的应力-应变、峰值应力、峰值应变、弹性模量以及岩石普氏系数随微波照射功率及照射时间的变化规律,通过该规律分析得到,随着微波功率、照射时间的增加,微波照射后的花岗岩峰值应变逐渐增大,而弹性模量和峰值应力快速减小,岩石强度连续弱化。（2）从能量利用的角度分析,在不考虑其它因素条件下,通过对微波照射后花岗岩普氏系数的变化及岩石损伤分析,得到了微波照射时间在150 s～250 s范围,照射功率在3.3 kW～5.3 kW范围时能获得更好的破岩效果。（3）对微波照射后的试样进行正交偏光显微镜、体视镜试验,得到了裂纹发育规律,试验结果也进一步论证了微波照射参数变化对岩石力学性质及其损伤会产生极大的影响。（4）通过对试样升温特性及波速变化分析,发现了升温速率随微波照射时间的增大由快转慢,而其随着微波功率的增加升温速率由慢变快。且微波功率及照射时间对试样波速具有较大影响。本文主要对微波能量与岩石力学性质及损伤之间的关系进行了尝试性的探索,总结了岩石力学性质及损伤变化与微波照射功率、照射时间之间的基本规律,此规律对微波辅助破岩技术的发展起到了一定程度的促进作用,同时也为日后工程的展开提供了一定的理论参考。