温度作用下花岗岩断裂行为损伤力学分析

中国石材网（ stone365）温度作用下花岗岩断裂行为损伤力学分析由于岩石是含有微裂隙、微孔洞等初始缺陷的天然材料,当受热或承受一定载荷后,不可避免地会在其中产生大量细观裂纹,并随着温度的升高或载荷的增大而逐渐扩展,在一定程度上表现出材料受力性能的劣化,说明温度、载荷对岩石造成了损伤[1-4] 。目前 ,国内外学者对温度影响下岩石损伤特性做了大量的研究工作。刘泉声等[5] 从花岗岩弹性模量随温度的变化规律入手,提出了热损伤的概念,在此基础上导出了热损伤演化方程和一维热力耦合弹脆性损伤本构方程。徐燕萍等[6] 推导了岩石热弹塑性力学特性本构方程。付文生等[7] 提出采用两个损伤变量来描述各向同性材料的损伤变化规律。王利等[8] 定义了弹性应变表示的一维损伤变量及其本构模型,利用双剪强度理论将其推广至三维模型。但从力学意义上讲,损伤变量选取的一个重要原则是容易与宏观力学量建立联系并且易于测量。声发射是材料在外力作用下 ,其组成微粒产生错位或裂纹等释放出能量而产生的弹性波。声发射检测直接反映了试样内部的损伤,因而声发射累积数可用于表征试样的损伤度[9-11] 。因此本文基于岩样在不同温度作用下的力学实验和声发射实验,讨论了由于载荷作用引起的机械损伤和由于温度作用引起的热损伤,建立了热力耦合损伤本构方程,同时研究了花岗岩热损伤开裂机理。1实验1.1方法实验所采用的岩样为产于某矿区的花岗岩,按岩石力学性质试验规范加工成25 mm×50 mm 的圆柱体。温度自室温开始,以2℃/s的速率匀速加温到50,100,200,300,400,500,600,700,800,900,1 000,1 100,1 200 ℃,恒温 20 min 后自然冷却至常温。实验采用位移控制方式,以 0.001 5 mm/s 的加载速率一次加载至破坏,实验过程中测量岩样载荷、变形及声发射参数等。1.2设备温度的施加采用高温炉MTS652.02 实现 ,加载设备采用MTS815 电液伺服材料试验系统 ,声发射监测采用由美国声学物理公司生产的PCI-2 声发射仪。2结果与分析2.1温度作用下花岗岩力学性质实验结果由于每组岩样的应力-应变曲线具有相近的分布形式,大致均经历了压密、弹性、弹塑性变形和破坏4 个阶段。该文列出若干具有代表性的应力-应变曲线 ,如图 1 所示 [12] 。实验所得花岗岩的弹性模量随温度的变化规律如图2 所示。随着温度的升高,花岗岩的脆性减弱,延性增强 ,800℃之前 ,尽管岩样脆性降低,强度变小 ,但是变化不大 ,温度超过800℃,岩样强度突然降低,呈现出明显的塑性...