高温水冷后花岗岩Biot系数试验研究

论文摘要

在干热岩的开采过程中,岩石受到高温后遇水快速冷却,本文对高温水冷处理后花岗岩的物理力学性质进行了分析研究。另一方面,考虑到地热资源开采过程中,周边围岩处于温度-渗流-应力（THM）多场耦合的动态平衡体系,研究THM多场耦合条件下岩石的物理力学性质是评估周边围岩安全稳定性的基础,因此本文对高温水冷后花岗岩的物理力学性质和孔隙结构进行了研究。本文以不同温度高温水冷处理后的花岗岩为研究对象,从微观孔隙结构及矿物组成等多方面对其物理性质进行了分析,探讨了物理性质参数（包括密度、孔隙率、气体渗透率、纵波波速、导热系数、矿物成分含量、比表面积、孔径大小及分布）随热处理温度的变化规律;通过湖北工业大学岩石多场耦合实验室的岩土介质温度-渗流-应力-化学（THMC）耦合多功能试验仪,对其进行了常规三轴压缩试验,得到高温水冷处理后花岗岩的基本力学参数（峰值强度、弹性模量、泊松比）随热处理温度的演化规律。同时基于常规三轴压缩试验得到的力学参数,引入Biot系数这一参数来研究高温水冷处理后花岗岩内部孔隙在外荷载作用下的变形特征,分析探讨了应力诱发及高温水冷对花岗岩Biot系数的影响。主要结论如下:（1）根据高温水冷处理后花岗岩物理力学性质的演化规律,可按温度分为3个阶段:25℃200℃、200℃500℃、500℃以上。热处理温度为25℃200℃时,高温水冷处理引起的强化效应使试样的密实度增加,物理力学性质增强;热处理温度为200℃500℃时,由于热处理产生的温度裂隙的增多,引起物理力学性质下降;当热处理温度高于500℃时,黑云母的热分解、石英的α-β相变均会引起矿物颗粒体积增大,使岩样内部产生大量微裂隙从而大幅降低其物理力学性质。（2）通过微观试验（X衍射试验、比表面及孔径分析、扫描电镜）,发现高温水冷处理使得花岗岩内部产生大量微裂隙,引起比表面积增大、总孔体积增大,矿物成分含量无明显变化;同时可以得出,黑云母、石英的含量是影响花岗岩物理力学性质的关键。（3）花岗岩的轴向Biot系数随着应变的增大而增大,侧向Biot系数的增大不明显甚至出现下降;随着围压的增大,轴向Biot系数及侧向Biot系数的变化均受到了限制。（4）花岗岩的Biot系数随温度的变化关系与其物理力学性质随温度的演化关系一致。

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摘要

Abstract

第1章绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 高温对岩石物理力学性质的影响

1.2.2 矿物成分对岩石物理力学性质的影响

1.2.3 关于岩石Biot系数的相关研究

1.3 研究目标和研究内容

1.3.1 研究目标

1.3.2 研究内容及主要技术路线

第2章试验准备及理论基础

2.1 试验准备

2.1.1 岩石试样的加工

2.1.2 岩石试样的热处理

2.2 理论基础

2.2.1 渗透定律

2.2.2 氮吸附原理

2.2.3 有效应力理论

2.2.4 岩石的Biot理论

2.3 本章小结

第3章高温水冷处理后花岗岩物理性质

3.1 密度、孔隙率测试

3.2 气体渗透试验

3.3 声波及导热系数测试

3.4 花岗岩微观试验研究

3.4.1 X衍射试验

3.4.2 比表面及孔径分析

3.4.3 扫描电镜试验

3.5 试验结果分析

3.6 本章小结

第4章高温水冷处理后花岗岩基本力学性质

4.1 岩土介质温度-渗流-应力-化学耦合多功能试验仪

4.2 花岗岩的单轴压缩试验

4.2.1 应力—应变曲线分析

4.2.2 单轴压缩试验结果分析

4.3 花岗岩的三轴压缩试验

4.3.1 应力-应变曲线

4.3.2 三轴压缩试验结果分析

4.4 试验结果分析

4.4.1 高温水冷处理对花岗岩物理力学性质的影响

4.4.2 矿物成分含量对花岗岩物理力学性质的影响

4.5 本章小结

第5章花岗岩Biot系数试验

5.1 BIOT系数的确定方法

5.2 BIOT系数试验方案

5.3 BIOT系数试验结果分析

5.3.1 应力-应变曲线分析

5.3.2 应力诱发损伤条件下Biot系数分析

5.3.3 高温水冷处理对岩石Biot系数的影响

5.4 本章小结

第6章结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

致谢

附录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 张宇皓

导师: 张帆

关键词: 花岗岩,高温水冷,系数,矿物成分,物理力学性质

来源: 湖北工业大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 地球物理学

单位: 湖北工业大学

分类号: P314

总页数: 100

文件大小: 3904K

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