脆性岩石挤压断裂过程应力磁感强度实验研究

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研究岩石在应力作用下的力学性质,了解其断裂演化过程的变化规律,对保证工程安全具有重要意义。研究表明,自然界岩石均带有一定磁性,当岩石受到外加应力作用时,会在岩石中激发出变化的磁场,从而在周围空间感应出磁场,磁场随岩石裂隙的变化而变化,故本研究拟将磁学物理量磁感应强度引入对岩石挤压断裂过程的研究中。试验中选择较坚硬的花岗岩作为研究对象,将磁芯植入花岗岩圆柱体试件中,对岩石自身磁场进行放大,使岩石处在由磁芯模仿的基本磁场中,利用加载系统、双方向磁感应强度测试系统、三通道数据采集系统对岩石轴向加载过程进行实时监测,将岩石力学参量与磁学物理量磁感应强度联系到一起,取得应力、应变、磁感应强度三者的对应关系,形成一种探测岩石挤压过程裂隙变化的磁性测试方法。通过对花岗岩带磁芯试样周围磁场分布的测试,得出磁源在空气、岩石两相介质中的磁场分布规律为:弱磁探测仪传感器探头距离磁芯试件表面越远,测得的磁感应强度越小,且存在一个磁强变化敏感区,该区域内距离稍微发生变化,磁强即发生很大改变,在该区域内进行双方向磁强测试会取得的较理想的试验数据结果,试验中找到磁强变化敏感区尤为重要。试验结果表明:弹性加载阶段,外力作功贮存在岩石内部形成弹性能,岩石内部裂隙发生闭合等复杂微观变化,影响磁芯磁力线分布,磁强有较小幅度的增加,为0~5μT;当弹性内能达到最大值开始转变为裂缝表面能进行耗散时,磁感应强度发生跳跃式增大,在磁强-应变曲线上形成突变点,即为岩石挤压断裂临近破坏时的磁感应强度异常特征;软化塑流段过程中,岩石因内聚力丧失发生宏观破坏,岩石磁阻增大,磁芯磁力线改变磁通路径,由岩石内部迅速向外部环境中扩张,外部磁感应强度急剧增大,整个破坏过程中磁强增加在10-130μT范围内不等;部分试件由于岩石断裂过程中磁芯发生移动,出现磁感应强度减小的情况。
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