干燥饱和风化花岗岩动态力学特性及损伤演化规律研究

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本文以国家基金为依托,针对离子型稀土矿溶浸效率低的的特点,提出采用小药量空间间隔爆破提高渗透的想法,以此为依据利用霍普金森杆(SHPB)试验装置和核磁共振仪等仪器,研究干燥、饱和状态下离子型稀土风化花岗岩的动态力学特性及其动态损伤,通过本文研究为提高离子型稀土矿开采提供一定的理论和技术支持。本文主要内容和研究结果如下:(1)通过核磁共振反演软件获得试样的弛豫时间T2分布以及内部孔隙结构信息,结果表明试样的T2谱分布曲线有效信号在0.02ms~10000ms之间,各试样中的孔隙主要为小孔隙和中等孔隙,两者谱峰面积占总谱面积的98%以上。(2)采用RMT-150C试验系统进行单轴压缩试验和巴西劈裂试验,为后续章节提供参考,基于试验结果,分析风化花岗岩在干燥、饱和状态下应力应变曲线变化规律以及强度变形特性的影响,结果显示饱和试样表现出软化特性,不同含水状态的试样抗压强度、抗拉强度和弹性模量均随孔隙度的增大而减小,受试样内部节理面形状和分布的影响,孔隙度不同的两个试样所对应的抗压强度和弹性模量差值变化较大,离散性明显。(3)利用SHPB试验装置进行循环冲击试验,对干燥、饱和风化花岗岩动态强度及变形特性进行研究研究,结果表明试样动态应变随着冲击次数,孔隙度的增加而增大,与是否含水无关;随着冲击次数增加试样弹性模量变化曲线呈两种变化:逐步减小和先增大后减小,其中如果饱水试样抗冲击能力足够强,当冲击次数足够多时,弹性模量最终趋于稳定;弹性模量随着孔隙度的增大而减小,饱水试样弹性模量比干燥试样下降更快;试样峰值应力整体随着冲击次数的增大呈现先增大再减小,与含水状态无关;试样峰值应力整体随孔隙度增大而减小,同时峰值应力存在一临界值,当孔隙度小于这个值时,峰值应力整体下降,当大于此孔隙度时,峰值应力趋于变化趋于平缓,而且饱水试样对应的这个临界值大于干燥试样;试样平均应变率随着冲击次数的增大而增大,与含水状态无关;饱水试样以孔隙度4%为界,干燥试样以3.25%为界,在临界值后的平均应变率整体大于界限前的平均应变率。(4)通过冲击前后试样对应的纵波波速,从宏观方面研究干燥、饱和状态下风化花岗岩试样的动态损伤变化规律,并从核磁共振T2谱分布、T2谱面积和核磁共振成像等微观角度分析冲击前后干燥、饱和两种状态下试样的孔隙变化,分析得到干燥试样孔隙变化大于饱和试样,表明当风化花岗岩试样饱水时,其动态累积损伤要小于干燥试样,从侧面反映出在动荷载作用下,达到同样的损伤量,饱和试样需要消耗更多能量。
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