微波照射后玄武岩损伤机理试验研究

为探究微波循环照射下玄武岩损伤机理,在不同微波照射参数下,对玄武岩试件进行微波循环照射和连续照射,通过超声波检测、巴西圆盘劈裂试验,以纵波波速、抗拉强度、损伤变量作为定量指标,衡量微波辐射对岩石损伤效应影响程度。结果表明:采用低功率微波照射时,因单次微波输入能过低不足以达到裂纹起裂能,使得循环照射的功效无法显现,此时不宜使用循环照射微波加载模式;采用高功率微波照射时,微波循环照射对岩石的损伤效应随着循环次数的增多而增强,且较之于连续照射,可实现用较少的能耗达到更好的损伤弱化效果;水是引起岩石损伤的重要因素,在循环照射间歇采用冲水冷却方式可增强岩石受损程度;可见高功率微波循环照射方式可提高破岩效果。     

花岗岩在微波照射下的损伤研究

基于采用微波能量预先弱化岩石的方法可以有效的降低岩石强度这一理论。本文先通过对花岗岩试件进行一定条件下的微波照射及劈裂试验,再利用ANSYS软件建立简化的二相岩石模型,模拟不同功率密度和照射时间下模型内部的温度分布和应力分布。结果表明：一定功率下,随着微波照射时间的增加,花岗岩试件抗拉强度逐渐降低,降低速度先快后慢,存在一个最佳照射时间范围。而采用高功率密度和短时间的微波照射时,模型内部的温度梯度增大,更易产生较高的温度应力,造成岩石损伤。模拟结果与试结果基本吻合,为微波辅助机械破岩技术提供一定的参考价值。     

微波照射下花岗岩强度损伤规律研究

为了探究微波照射下花岗岩强度损伤规律,降低地下工程掘进的开挖难度,选取河北省平山县花岗岩试件,分别开展了微波照射后的单轴抗压强度试验和超声波纵波波速试验.分析了各个试验条件下的应力-应变曲线、峰值应力-峰值应变曲线和超声波纵波波速特征.对比研究了不同照射参数下花岗岩纵波波速规律、峰值应力强度损伤规律和弹性模量强度损伤规...     

不同冷却方式对微波照射后花岗岩强度影响的试验研究

微波辅助破岩对破岩难度较大的硬岩具有良好的应用前景,其中冷却方式对破岩效果有显著影响。为了分析不同冷却方式对微波照射后花岗岩损伤的影响程度,对微波照射后的花岗岩分别经分自然冷却、洒水冷却和水流冲击冷却三种方式冷却。结合热成像试验和单轴抗压试验,对其温度场变化及强度性能进行研究。结果表明:第一,微波照射后的试件均可产生可见裂纹,扩展范围基本分布在试件中部和顶部;第二,同一微波照射参数下,不同冷却方式对花岗岩强度弱化程度不同,采用水流冲击法冷却时,岩石表面温度降低最快,岩样裂纹扩展最为显著,抗压强度降低程度最大,这些成果对试验研究和工程中微波破岩运用提供参考。     

微波照射下花岗岩损伤演化规律及本构模型研究

为进一步分析微波破岩机理,对微波照射下硬岩损伤演化规律及其本构行为进行了研究。首先,对岩石进行弹性微元假设,结合微元强度准则和三参数Weibull分布,推导出微波作用后硬岩损伤演化方程和本构模型以及各参数确定公式,然后,采用不同微波功率照射后的花岗岩超声波检测和单轴压缩试验结果对模型进行验证。结果表明,建立的模型理论曲线与试验曲线具有较高的吻合度,能反映出花岗岩破裂的应力应变过程,且模型各参数的物理意义及对模型的影响规律明确,虽然峰后拟合存在一定偏差,但仍可以基本反映岩石经微波照射后的弱化规律。对经微波照射后的岩石本构方程进行深入研究,可为微波照射岩石的相关计算和数值模拟提供一定的参考,有助于促进微波辅助破岩技术的发展。     

微波照射下花岗岩单轴压缩损伤本构模型

为深入研究微波照射花岗岩的损伤演化过程以及探讨微波照射过的花岗岩进行单轴压缩后花岗岩应力-应变关系,首先以微波照射花岗岩的损伤特性为基础,综合考虑花岗岩在微波照射以及荷载作用下受到的损伤,将Weibull分布与损伤力学结合,得到考虑多因素作用的花岗岩损伤演化方程。然后根据Lemaitre应力等效原理及Hook定律,推导出考虑微孔隙闭合的花岗岩损伤本构模型。最后,采用微波循环照射花岗岩试验和单轴压缩试验对模型进行验证。验证结果显示,本研究建立的本构模型与试验结果拟合的曲线能较好吻合,证明了模型的合理性及参数取值的正确性。为岩石微波损伤理论的研究以及微波辅助破岩提供思路。     

微波照射下钢筋混凝土升温特性分析

为了探究微波照射造成钢筋混凝土结构粘结强度发生变化的原因,通过微波照射钢筋混凝土试块热成像试验和连续升温测定试验,对钢筋与混凝土的升温情况进行分析。试验结果表明：钢筋和混凝土在微波场中的升温行为表现存在很大差异,混凝土由于主动吸收微波,升温速度快,钢筋通过周围混凝土的热传递被动升温,速度相对较慢;钢筋和混凝土粘结面以及混凝土内部吸波性能强的粗骨料和砂浆体之间会形成一定的温度梯度,且温度梯度随微波功率的提高而增大,这是造成钢筋混凝土发生粘结强度损伤的主要原因。对于微波照射下钢筋混凝土结构升温特性的研究,可以为微波辅助机械破碎钢筋混凝土工艺的应用提供理论基础和参考价值。     

微波照射花岗岩型铀矿石试样力学特性试验研究

为了探究花岗岩型铀矿石在微波照射下的裂隙演化和强度变化规律及破碎特征.利用JYC-3型微波高温焙烧炉,微波功率为1 kW、2 kW和3 kW分别对干燥试样和水饱和试样照射30 min和45 min,再进行自然冷却和水淬冷却;采用RMT-150 B岩石力学试验机对冷却后的试样进行单轴压缩试验,分析其裂隙演化和强度变化规律...     

花岗岩超低温冻融循环后力学特性研究

对花岗岩进行-20,-30,-40,-50℃条件下的冻融循环处理,再进行单轴压缩试验,观察花岗岩经历不同冻结温度的冻融循环后的破坏模式,并分析弹性模量变化规律、应力应变曲线变化规律、单轴抗压强度和峰值应变变化规律以及冻融系数的变化.根据冻融处理后花岗岩的损伤数据,推广了花岗岩冻融循环后的总损伤变量的公式.研究结果表明,冻融循环后花岗岩的破坏模式主要为锥形破坏模式和柱状劈裂模式,揭示了花岗岩冻融循环后的力学特性与冻结温度的关系.根据总损伤变量与应变的关系可以预测,随着冻结温度的下降,应变存在一个临界值,超过临界值时试块破坏.     

裂隙花岗岩卸载损伤破坏全过程CT实时试验

利用自制的CT专用岩石三轴试验加载设备,完成了单一裂纹岩石卸围压应力作用下损伤破坏全过程CT实时监测试验.得到了非常清晰的裂隙岩石卸围压破坏全过程中从裂纹发展、贯通到破坏等各个阶段的CT图像.结果表明,裂隙岩石的卸载破坏具有突发性.     

不同功率微波照射下钢筋混凝土粘结滑移试验分析

近年来,微波辅助机械拆除钢筋混凝土对于城市混凝土结构的拆除具有重要意义。为了探讨微波辅助机械拆除钢筋混凝土的断裂过程,采用钢筋混凝土的拉拔试验评价了不同微波功率下钢筋混凝土的粘结滑移曲线。在不同功率微波辐射下,分析了钢筋混凝土的破坏模式,钢筋与混凝土的粘结强度和粘结刚度。结果表明:①随着微波功率的增加,钢筋与混凝土温度应力差会导致两者之间机械咬合齿抗剪强度的降低;②对4种功率微波照射后钢筋混凝土拉拔试验粘结滑移曲线进行分析,认为整个拟合曲线均可由初始滑移段、滑移段、下降段和残余段4段组成;③随着微波功率提高,对应的粘结强度降低。5 000 W功率微波照射条件下粘结强度降低幅度相比3 000 W时并不显著,故认为采用3 000 W功率微波照射具有更好的能效比。     

微波照射下钢筋混凝土黏结强度损伤演化

为了寻求一种在钢筋混凝土结构中无噪、无尘的钢筋回收方法,将钢筋混凝土试件经不同功率微波照射后,通过钢筋拉拔试验测试微波对钢筋与混凝土界面黏结强度的影响,并绘制黏结应力-钢筋滑移量(τ-s)曲线。结合理论分析,推导出微波作用下钢筋与混凝土黏结界面损伤演化方程,绘制出损伤演化特征曲线。研究结果表明:5 000 W微波照射后,黏结强度仅为0 W微波照射后的1/3。在微波照射下黏结强度显著降低,且黏结强度对1 500～3 500 W的微波变化较敏感。随微波功率提高,拉拔破坏形式由拉拔劈裂逐渐转变为拉拔滑移,高功率微波照射后,混凝土在不发生拉拔劈裂的情况下能直接将钢筋拔出。通过有限元软件对试验过程进行模拟,模拟结果与试验结果相符。     

热损伤花岗岩三轴压缩蠕变破坏声发射及损伤演化特征

为探究深部高温高压环境对工程围岩蠕变性质的影响,开展了不同程度热损伤花岗岩的三轴分级蠕变加载试验,分析其声发射活动及损伤演化特征。研究结果表明：在分级蠕变加载中,当轴向应力达到1.50～1.65倍损伤应力σ_cd后,花岗岩损伤演化加快,达到(1.65～1.80)σ_cd后,发生加速蠕变破坏;在同一级加载中,随热处理温度升高,声发射活动在减速蠕变和稳态蠕变阶段减弱,在加速蠕变阶段增强;围压效应可以减弱热损伤对花岗岩蠕变特性的影响,围压与热损伤的耦合效应可以抑制蠕变过程的裂纹扩展,但当轴向应力增大、岩石失稳后热损伤对蠕变破坏加剧起控制作用;在分级加载过程中,随热处理温度升高,损伤变量的增长趋势先减缓后加快,600℃热处理试样损伤发展最快,常温试样次之,150℃和300℃热处理试样最慢;蠕变过程中剪切裂纹占比在35%～60%,随分级加载应力增大,微裂纹类型向剪切型转化;热损伤花岗岩矿物晶粒内和晶界裂纹有不同程度的发育,导致剪切裂纹占比随热处理温度升高而先减小后增大。     

热-力耦合作用下花岗岩蠕变损伤模型

热-力耦合作用下的岩石蠕变行为对深部地下工程、高放射性废料处置工程影响显著。基于20～300℃下的花岗岩蠕变试验,分析温度对瞬时应变和蠕变应变速率的影响,由此认为温度对花岗岩瞬时弹性模量造成瞬时损伤并促进后续蠕变损伤过程,从而定义瞬时、蠕变热损伤变量。构建广义Kelvin热损伤模型和黏塑性热损伤元件,采用Heard指数型模型描述花岗岩稳态蠕变行为,串联后得到一个新的热-力耦合作用下的花岗岩蠕变损伤模型。给出模型参数求解方法,分析瞬时、蠕变热损伤变量变化规律,通过辨识三种花岗岩的蠕变试验数据,验证所建模型的合理性和适用性。研究成果为热-力耦合作用下花岗岩蠕变行为模拟及深部地下工程、高放射性废料处置工程长期稳定性研究提供一定参考。     

基于颗粒流热固耦合模型的片麻花岗岩损伤特性分析

利用颗粒流离散元程序并基于片麻花岗岩室内物理试验,建立数值热固耦合模型,针对不同温度条件下片麻花岗岩的热损伤演化规律展开分析。结果表明:温度导致片麻花岗岩内部产生初始损伤,且初始损伤随温度升高而累积增加;单轴压缩过程中,温度越高片麻花岗岩损伤越早且越剧烈;温度高于80℃,片麻花岗岩有由脆性向韧性转变的趋势。研究成果可为实际工程中片麻花岗岩的温度损伤评估提供一定的指导意义。     

加温过程中缺陷花岗岩的耦合损伤

为了能够正确评价温度作用下缺陷花岗岩的损伤机理,应用热力学、Maxwell应力理论,建立关于集中应力的非线性齐次微分方程,求解出花岗岩缺陷内部集中应力的表达式。采用应变等效原理,把缺陷花岗岩的受热状态分解成两种状态,即宏观缺陷的花岗岩受热状态和随机微观缺陷的花岗岩受热状态。全面分析了宏观裂纹花岗岩的受热过程中的损伤。细致研究内部微观随机性缺陷在受热作用下的损伤的耦合。推导了考虑宏、细观缺陷耦合的花岗岩复合损伤模量的计算公式。该理论推导公式可以为地热开发提供参考。     

基于CT试验的矽卡岩冻融细观损伤扩展机理

利用岩石CT扫描技术对冻融循环作用下的矽卡岩试样进行扫描,得到了不同冻融循环次数下矽卡岩的冻融损伤结构劣化特征.运用数字图像处理技术对矽卡岩的损伤结构劣化特征进行提取,初步分析了冻融循环过程中矽卡岩内部裂隙损伤的演化过程.根据岩石损伤力学,选取以图像像素点数量所表示的损伤变量,建立了矽卡岩损伤变量与冻融循环次数间的关系曲线,以此对矽卡岩的细观损伤扩展机理进行了定量研究.研究结果表明:随着冻融循环次数的增加,矽卡岩损伤变量呈现先降后增的变化规律;受冻融条件影响,矽卡岩细观损伤劣化程度也随之增大.     

矿物粒径比引起的岩石微波照射效果差异

微波辅助破岩过程中,影响破岩效果的因素众多,矿物粒径特征是重要的影响因素之一。以主要由方解石和黄铁矿组成的岩石为研究对象,根据岩石中矿物实际比例大小,拟定了6种矿物粒径比方案,运用多物理场耦合分析平台COMSOL,建立反映矿物大小比例的分析模型,深入研究了不同方案下微波照射后岩石内部的电磁场、温度场、应力场以及塑性区分布特征和演化规律。结果表明：矿物粒径比对微波照射过程中岩石内部电磁场分布规律和量值影响较小。但岩石内部最高温度、温度梯度、第一主应力、最大剪应力均呈增大的变化规律;随矿物粒径比增大,岩石塑性区面积也越大,岩石内塑性区萌生时刻越早,在强吸波矿物内部受拉区面积显著增加,且面积占比越大。总体来看：粒径比越大,岩石内部矿物大小越不均匀,微波照射后岩石弱化程度越高,照射效果越好。     

微波加热含碳碳酸锰矿粉升温机理

利用微波冶金炉对无烟煤和碳酸锰矿粉的混合物料进行加热,研究含碳碳酸锰矿粉在微波场中的升温机理。研究结果表明：含碳碳酸锰矿粉具有优良的微波加热特性和自还原性;在微波加热频率为2．450GHz、碳氧原子摩尔比分别为1．1,1．2和1.3时,微波加热混合物料至1473K的升温速率平均最高达到140．7K／min;不同的加热温度和配碳比下混合物料的介电常数较大,都在5．5左右,而磁导率为1左右,属介电损耗型;微波加热含碳碳酸锰矿粉的升温性能主要取决于含碳碳酸锰矿粉的电磁性能,而电磁性能的改变主要是由物料加热过程中产生的化学反应、晶体结构变化及缺陷状态的改变引起的;配碳比提高,物料吸收微波的能力有所提高;在相同的配碳比下,加热温度升高,吸收微波的能力有所减弱。