为了探究石英岩力学性能劣化规律和热损伤机制,使用基于颗粒流程序的颗粒簇模型(grain-based model in particle flow code,简称PFC-GBM)开展了实时高温及自然冷却条件下石英岩单轴压缩模拟,分析了石英岩在两种温度条件下的应力-应变曲...为了探究石英岩力学性能劣化规律和热损伤机制,使用基于颗粒流程序的颗粒簇模型(grain-based model in particle flow code,简称PFC-GBM)开展了实时高温及自然冷却条件下石英岩单轴压缩模拟,分析了石英岩在两种温度条件下的应力-应变曲线、峰值应力、弹性模量及破坏模式随温度的演化,并基于裂纹和位移变化探讨了其热损伤机制。主要得到如下结论:自然冷却过程中石英岩内部温度整体上遵循由中心向表面逐渐降低的规律,700℃石英岩在冷却过程中的裂纹扩展导致非稳定热传导过程,进而产生等温线错位现象。实时高温条件下石英岩脆性−延性转变临界温度在25~300℃之间,相较于自然冷却条件下石英岩300~500℃的临界温度更低。实时高温条件下石英岩的峰值强度和弹性模量相较于自然冷却后石英岩试样分别降低了约20 MPa及10 GPa,且二者差值不随温度发生显著变化;在25~300℃范围内,弹性模量相较于峰值强度对热损伤更加敏感。随着温度升高,单轴压缩下石英岩破碎程度明显增加,表现出更多的劈裂破坏特征,热致微裂纹对石英岩破坏模式的控制作用不断增强,两种温度条件下的宏观破裂面均倾向于沿已有热致微裂纹通道扩展,自然冷却条件下宏观贯穿破裂面更加明显。展开更多
基于颗粒离散元计算架构建立单矿物石英岩的颗粒簇模型(grain based model,GBM),以石英岩微裂纹发展规律为约束优化矿物模型的弹性模量及其边界强度参数,开展热-固耦合下石英岩的高温损伤及强度劣化细观机理研究,获得以下结论:(1)优化...基于颗粒离散元计算架构建立单矿物石英岩的颗粒簇模型(grain based model,GBM),以石英岩微裂纹发展规律为约束优化矿物模型的弹性模量及其边界强度参数,开展热-固耦合下石英岩的高温损伤及强度劣化细观机理研究,获得以下结论:(1)优化矿物弹性模量及其边界强度参数后可很好地再现石英岩高温作用下微裂纹演化规律:首先从石英晶粒边界萌生,逐渐扩展至晶粒内部,最终形成裂纹网络。(2)单轴压缩模拟中石英岩弹性模量随温度的升高总体上呈现出先增大后减小的趋势,泊松比表现为先减小后增大,且泊松比较弹性模量对热损伤表现出更高的敏感性。(3)随着温度的升高,石英岩单轴压缩过程中微裂纹的离散性增加,破坏模式从多斜面剪切破坏逐渐转变为无明显宏观裂纹的分散式拉伸(劈裂)破坏。(4)岩石的力学强度劣化规律与其本身的致密性及矿物成分、含量密切相关,与花岗岩相比石英岩热损伤温度阈值高,约为200℃。(5)3种不同石英含量的岩石的热损伤结果表明:矿物边界和力学强度较低的矿物内部首先发生热破裂,矿物之间的镶嵌结构对石英矿物的热损伤有抑制作用。展开更多
文摘为了探究石英岩力学性能劣化规律和热损伤机制,使用基于颗粒流程序的颗粒簇模型(grain-based model in particle flow code,简称PFC-GBM)开展了实时高温及自然冷却条件下石英岩单轴压缩模拟,分析了石英岩在两种温度条件下的应力-应变曲线、峰值应力、弹性模量及破坏模式随温度的演化,并基于裂纹和位移变化探讨了其热损伤机制。主要得到如下结论:自然冷却过程中石英岩内部温度整体上遵循由中心向表面逐渐降低的规律,700℃石英岩在冷却过程中的裂纹扩展导致非稳定热传导过程,进而产生等温线错位现象。实时高温条件下石英岩脆性−延性转变临界温度在25~300℃之间,相较于自然冷却条件下石英岩300~500℃的临界温度更低。实时高温条件下石英岩的峰值强度和弹性模量相较于自然冷却后石英岩试样分别降低了约20 MPa及10 GPa,且二者差值不随温度发生显著变化;在25~300℃范围内,弹性模量相较于峰值强度对热损伤更加敏感。随着温度升高,单轴压缩下石英岩破碎程度明显增加,表现出更多的劈裂破坏特征,热致微裂纹对石英岩破坏模式的控制作用不断增强,两种温度条件下的宏观破裂面均倾向于沿已有热致微裂纹通道扩展,自然冷却条件下宏观贯穿破裂面更加明显。
文摘基于颗粒离散元计算架构建立单矿物石英岩的颗粒簇模型(grain based model,GBM),以石英岩微裂纹发展规律为约束优化矿物模型的弹性模量及其边界强度参数,开展热-固耦合下石英岩的高温损伤及强度劣化细观机理研究,获得以下结论:(1)优化矿物弹性模量及其边界强度参数后可很好地再现石英岩高温作用下微裂纹演化规律:首先从石英晶粒边界萌生,逐渐扩展至晶粒内部,最终形成裂纹网络。(2)单轴压缩模拟中石英岩弹性模量随温度的升高总体上呈现出先增大后减小的趋势,泊松比表现为先减小后增大,且泊松比较弹性模量对热损伤表现出更高的敏感性。(3)随着温度的升高,石英岩单轴压缩过程中微裂纹的离散性增加,破坏模式从多斜面剪切破坏逐渐转变为无明显宏观裂纹的分散式拉伸(劈裂)破坏。(4)岩石的力学强度劣化规律与其本身的致密性及矿物成分、含量密切相关,与花岗岩相比石英岩热损伤温度阈值高,约为200℃。(5)3种不同石英含量的岩石的热损伤结果表明:矿物边界和力学强度较低的矿物内部首先发生热破裂,矿物之间的镶嵌结构对石英矿物的热损伤有抑制作用。
