謝梓涵,李宇白,翟越

(長安大學(xué)地質(zhì)工程與測繪學(xué)院,西安 710054)

近年來,隨著化石能源逐漸枯竭和環(huán)境污染日趨嚴(yán)重,地?zé)崮苎杆侔l(fā)展[1-2]。目前,全球主要利用增強(qiáng)型地?zé)嵯到y(tǒng)(enhanced geothermal system,EGS)來提取干熱巖中儲(chǔ)存的熱能并用于發(fā)電[3-6]。在干熱巖開采過程中,高溫井壁與低溫鉆井液直接接觸,井壁巖石急速冷卻[7-8],干熱巖體經(jīng)歷了多次高溫-水冷循環(huán)。此外,由于鉆井作業(yè)產(chǎn)生的擾動(dòng)載荷作用,巖石力學(xué)性能進(jìn)一步劣化,井壁附近巖石穩(wěn)定性下降,極易造成井壁坍塌事故,甚至誘發(fā)地震等突發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害。因此,為了安全、持續(xù)、穩(wěn)定地開發(fā)利用干熱巖地?zé)豳Y源,研究高溫-水冷循環(huán)作用對巖石動(dòng)態(tài)力學(xué)性能的影響具有重要工程意義。

目前,國內(nèi)外眾多學(xué)者圍繞高溫后和高溫下巖石的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)力學(xué)性能開展了大量試驗(yàn)研究。在靜力學(xué)方面,賈蓬等[9]在不同溫度(25～800 ℃)下對高溫-水冷卻后的花崗巖試件開展單軸壓縮試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)抗壓強(qiáng)度、彈性模量與溫度均呈負(fù)相關(guān),并且得出800 ℃是彈性模量開始迅速降低的臨界溫度。Chen等[10]在不同溫度(25～800 ℃)下對高溫-水冷卻后的花崗巖試件開展單軸壓縮試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)花崗巖峰值應(yīng)力和彈性模量在20～400 ℃和600～800 ℃的溫度范圍內(nèi)均隨溫度的升高而降低,在400～600 ℃溫度范圍內(nèi)則均隨溫度的升高而增加。Xu等[11]在不同溫度(25～850 ℃)實(shí)時(shí)高溫下對花崗巖開展單軸壓縮試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)花崗巖峰值應(yīng)力、彈性模量與實(shí)時(shí)高溫溫度均呈負(fù)相關(guān)。在動(dòng)力學(xué)方面,平琦等[12]采用分離式霍普金森壓桿(split Hopkinson pressure bar,SHPB)試驗(yàn)裝置對常溫和經(jīng)歷100～800 ℃高溫作用后的石灰?guī)r試件進(jìn)行0.5 MPa沖擊氣壓下的沖擊壓縮試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)試件動(dòng)態(tài)抗壓強(qiáng)度和動(dòng)態(tài)彈性模量隨溫度升高表現(xiàn)為先小幅上升再大幅下降,破壞程度隨溫度上升而加劇。Fan等[13]采用SHPB試驗(yàn)裝置對不同溫度(25～800 ℃)高溫作用后的花崗巖進(jìn)行沖擊壓縮試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)花崗巖動(dòng)態(tài)抗壓強(qiáng)度隨溫度的增加呈線性下降趨勢。Guo等[14]采用SHPB試驗(yàn)裝置對不同升溫速率(0、2、20、40 ℃/min)和不同高溫(400、600、800 ℃)下的花崗巖進(jìn)行沖擊壓縮實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)花崗巖動(dòng)態(tài)抗壓強(qiáng)度、動(dòng)態(tài)彈性模量與升溫速率、溫度均呈負(fù)相關(guān),與峰值應(yīng)變則呈正相關(guān)。

國內(nèi)外學(xué)者對高溫循環(huán)作用后巖石的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)力學(xué)性能開展了試驗(yàn)研究。在靜力學(xué)方面,余莉等[15]對不同溫度、不同高溫-水冷循環(huán)次數(shù)下的花崗巖開展單軸壓縮試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)相比循環(huán)次數(shù)的增加,溫度升高對花崗巖物理力學(xué)性質(zhì)的劣化作用更為強(qiáng)烈。彭海旺等[16]對300 ℃下經(jīng)歷不同次數(shù)高溫水冷熱沖擊的花崗巖進(jìn)行靜態(tài)壓縮試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)隨著循環(huán)次數(shù)的增加,花崗巖抗壓強(qiáng)度下降,破壞模式轉(zhuǎn)變。楊敏等[17]對不同循環(huán)升溫-水冷條件下的花崗巖試件進(jìn)行單軸壓縮試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)升溫導(dǎo)致花崗巖強(qiáng)度呈降低趨勢,整體塑性增強(qiáng),而循環(huán)次數(shù)的增加使巖石脆性提高。在動(dòng)力學(xué)方面,Gao等[18]采用SHPB試驗(yàn)裝置對500 °C下高溫循環(huán)作用0、1、3、5、7次后的花崗巖試件進(jìn)行3種沖擊氣壓下的沖擊壓縮試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)花崗巖動(dòng)態(tài)抗壓強(qiáng)度隨循環(huán)次數(shù)的增加呈指數(shù)函數(shù)下降趨勢,并且應(yīng)變率對動(dòng)態(tài)抗壓強(qiáng)度有明顯強(qiáng)化效應(yīng)。

綜上所述,學(xué)者們的研究主要集中于高溫對巖石力學(xué)性能的影響,圍繞高溫循環(huán)后巖石靜力學(xué)特性的研究也已取得較多成果,而針對高溫循環(huán)后巖石動(dòng)力學(xué)特性的研究相對較少,且冷卻方式多為自然冷卻,對水冷卻鮮有研究。在干熱巖開采等工程實(shí)際中,巖石往往處于高溫-水冷循環(huán)和動(dòng)態(tài)荷載相互耦合的復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)之中,高溫-水冷循環(huán)作用對巖石動(dòng)態(tài)力學(xué)性能的影響有待進(jìn)一步研究。鑒于此,現(xiàn)對經(jīng)歷不同次數(shù)高溫-水冷循環(huán)后的花崗巖試件進(jìn)行物理性質(zhì)試驗(yàn)、沖擊壓縮試驗(yàn)和篩分試驗(yàn),分析其物理性質(zhì)劣化規(guī)律、沖擊壓縮力學(xué)性能變化規(guī)律、應(yīng)變率效應(yīng)及破碎分形規(guī)律,完善其動(dòng)力學(xué)特性研究成果,以期為干熱巖的安全開采提供參考。

1 試驗(yàn)設(shè)備與方法

1.1 試件制備

本試驗(yàn)所采用的試件均來自色季拉山花崗巖體。試件主要礦物成分為:石英(53.4%)、斜長石(25.4%)、鉀長石(6.8%)、云母(7.2%)、綠泥石(2.2%)和磁鐵礦(5.0%)。

根據(jù)《工程巖體試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 5026—2013),花崗巖試件加工為直徑為49 mm、高度為25 mm的圓柱形,試件高徑比為0.51。本試驗(yàn)循環(huán)次數(shù)設(shè)置為0、2、4、6次,加載速率設(shè)置為8.6、14.6和18.8 m/s,共12種工況,每種工況重復(fù)3次,共36塊花崗巖試件,所用試件如圖1所示。經(jīng)測量,本試驗(yàn)選取的試件平均密度為2.63 g/cm3,密度變異系數(shù)為0.40%;平均P波波速為3.51 km/s,波速變異系數(shù)為2.81%。

圖1 花崗巖試件

1.2 高溫-水冷循環(huán)試驗(yàn)

適合商業(yè)開發(fā)的干熱巖儲(chǔ)層主要是花崗巖,深度為5～6 km,溫度可達(dá)500 ℃[19]。此外,根據(jù)相關(guān)研究成果,400 ℃高溫循環(huán)溫度是影響巖石動(dòng)態(tài)力學(xué)性能的重要溫度閾值[20],因此,本試驗(yàn)將目標(biāo)溫度設(shè)置為400 ℃。在P波波速檢測試驗(yàn)中,循環(huán)次數(shù)由4次增加至6次,花崗巖試件的波速變化幅度很小,僅有7.5%,因此,本試驗(yàn)將最大循環(huán)次數(shù)設(shè)置為6次。

將常溫花崗巖試件在SX2-8-12TP型高溫電阻爐內(nèi)以10 ℃/min的升溫速率加熱至目標(biāo)溫度,隨后保持恒溫2 h,使各試件受熱均勻;打開爐門,將試件快速放入水中冷卻至室溫。將上述過程定義為一次高溫-水冷循環(huán),分別重復(fù)2、4、6次,從而得到不同工況高溫-水冷循環(huán)花崗巖試件。

1.3 沖擊壓縮力學(xué)試驗(yàn)

采用分離式霍普金森壓桿(SHPB)系統(tǒng)(圖2)進(jìn)行沖擊壓縮力學(xué)試驗(yàn)。桿件彈性模量為210 GPa,密度為7 800 kg/m3,撞擊桿、入射桿、透射桿長度分別為500、2 500和2 000 mm,各桿件直徑均為50 mm。本次試驗(yàn)沖擊氣壓設(shè)置為0.2、0.4和0.6 MPa,對應(yīng)加載速率分別為8.6、14.6和18.8 m/s。經(jīng)測算,本工況下平均應(yīng)變率為102～103s-1。

圖2 SHPB系統(tǒng)

收集沖擊壓縮試驗(yàn)后破碎的試件,采用ZBSX-92A型震擊式標(biāo)準(zhǔn)振擺儀對破碎試件進(jìn)行篩分試驗(yàn),篩孔直徑分別為0.5、2.36、4.75、9.5、13.2、16和19 mm。

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 外觀分析

分別對經(jīng)歷0、2、4、6次高溫-水冷循環(huán)后的花崗巖試件進(jìn)行外觀觀測,試件外觀如圖3所示。

圖3 不同循環(huán)次數(shù)下的花崗巖外觀

從圖3可以看出,隨著循環(huán)次數(shù)的增加,試件表面顏色由灰白色逐漸變?yōu)榘迭S色,并且粗糙程度逐漸增大;從圖3(c)可以看出,循環(huán)4次時(shí),由于花崗巖中含鐵礦物磁鐵礦的氧化,試件表面有棕橙色斑點(diǎn)出現(xiàn);從圖3(a)～圖3(c)可以看出,花崗巖試件在經(jīng)歷4次循環(huán)后底面開始出現(xiàn)裂紋(紅色虛線);從圖3(d)可以看出,花崗巖試件在經(jīng)歷6次循環(huán)后底面部分邊緣處發(fā)生破碎,裂紋數(shù)量增多、長度增長、深度加深。這說明高溫-水冷循環(huán)作用使花崗巖內(nèi)部的礦物成分發(fā)生了復(fù)雜的理化反應(yīng),對花崗巖有一定劣化作用。

2.2 密度、P波波速變化規(guī)律

經(jīng)歷0、2、4、6次高溫-水冷循環(huán)后花崗巖試件的體積、質(zhì)量、密度和P波波速等基本物理性質(zhì)參數(shù)如表1所示。各項(xiàng)數(shù)據(jù)均為去掉最大值和最小值后的平均值。

表1 基本物理性質(zhì)參數(shù)

可以看出,花崗巖試件密度隨循環(huán)次數(shù)的增加整體呈下降趨勢。根據(jù)表1中數(shù)據(jù),經(jīng)歷6次高溫-水冷循環(huán),花崗巖密度由2 634.0 kg/m3下降至2 607.8 kg/m3,降幅為0.99%。分析認(rèn)為,試件質(zhì)量的減小和體積的增大導(dǎo)致了其密度的降低。質(zhì)量減少有兩方面的原因,一方面,花崗巖內(nèi)部附著水在100 ℃左右逸出,結(jié)合水在100～300 ℃的溫度范圍內(nèi)逸出,結(jié)晶水在400 ℃以內(nèi)的溫度范圍從巖石內(nèi)部析出,并汽化逸出[21],隨著加熱升溫至400 ℃,試件內(nèi)部水分不斷蒸發(fā);另一方面,高溫作用大大減弱了花崗巖內(nèi)部礦物成分間的膠結(jié)能力,導(dǎo)致脫落的礦物顆粒增多。此外,加熱過程中的高溫作用使花崗巖內(nèi)部礦物晶體膨脹,高溫-水冷循環(huán)作用產(chǎn)生的循環(huán)熱應(yīng)力導(dǎo)致花崗巖內(nèi)部裂紋增多,從而造成試件體積的增大。因此,隨著循環(huán)次數(shù)的增加,試件密度逐漸降低。

P波波速能夠很好地反映巖石內(nèi)部的損傷情況,巖石內(nèi)部越致密、均質(zhì)性越好,波速越大。根據(jù)表1中數(shù)據(jù),花崗巖試件P波波速隨循環(huán)次數(shù)的增加呈先快后慢的下降趨勢。試件經(jīng)歷6次高溫-水冷循環(huán),波速由3.513 km/s下降至1.649 km/s,降幅高達(dá)53.06%,試件經(jīng)歷2次高溫-水冷循環(huán),波速降幅高達(dá)42.53%,而之后每兩次循環(huán)間的降幅則分別為11.74%、7.46%。分析認(rèn)為,巖石內(nèi)部因裂紋產(chǎn)生而出現(xiàn)的空洞和不密實(shí)區(qū)會(huì)降低超聲波傳播速度,P波波速的下降說明隨著循環(huán)次數(shù)的增加,試件內(nèi)部裂紋不斷產(chǎn)生、擴(kuò)展,試件損傷程度逐漸增大。當(dāng)循環(huán)次數(shù)達(dá)到4次,試件內(nèi)部裂紋與空洞的增長速度有所減緩,當(dāng)循環(huán)次數(shù)增加至6次,試件損傷程度趨于最大。

綜合考慮加熱過程中的高溫作用、高溫后的水冷卻作用以及循環(huán)作用,對花崗巖損傷機(jī)理進(jìn)行分析:一方面,在高溫作用下花崗巖內(nèi)部原有缺陷不斷擴(kuò)大,且由于花崗巖內(nèi)部礦物組成成分的熱膨脹系數(shù)存在差異,礦物顆粒發(fā)生不協(xié)調(diào)的熱變形,礦物顆粒間產(chǎn)生的沖擊熱應(yīng)力加速了試件內(nèi)部裂紋產(chǎn)生;另一方面,高溫后花崗巖遇水急劇冷卻,在短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生大量熱交換,試件表面溫度發(fā)生劇烈變化,內(nèi)外溫差產(chǎn)生的熱應(yīng)力在試件表面產(chǎn)生拉應(yīng)力、內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力[22],在這兩種應(yīng)力的作用下,新的裂紋產(chǎn)生。隨后,冷水逐漸滲入,花崗巖內(nèi)部高溫礦物顆粒遇冷急劇收縮,再次發(fā)生不均勻變形,在水冷卻過程中,高溫水蒸氣不斷產(chǎn)生,花崗巖在其作用下發(fā)生熱破裂,產(chǎn)生數(shù)量隨機(jī)分布的次生裂縫[23],損傷進(jìn)一步加劇。此外,隨著循環(huán)次數(shù)的增加,花崗巖內(nèi)部裂紋逐漸積累,損傷程度逐漸增大。

2.3 動(dòng)態(tài)應(yīng)力-應(yīng)變曲線變化規(guī)律

對經(jīng)歷不同次數(shù)高溫-水冷循環(huán)后的花崗巖試件進(jìn)行3種加載速率下的沖擊壓縮試驗(yàn),得到的動(dòng)態(tài)應(yīng)力-應(yīng)變曲線如圖4所示。

圖4 動(dòng)態(tài)應(yīng)力-應(yīng)變曲線

從圖4可以看出,花崗巖動(dòng)態(tài)應(yīng)力-應(yīng)變曲線變化規(guī)律基本相似,可分為壓密階段、彈性變形階段和破壞階段3個(gè)階段。在壓密階段,應(yīng)力-應(yīng)變曲線斜率不斷增大,原因?yàn)橥饬ψ饔檬乖嚰?nèi)部微裂紋閉合,密實(shí)度提高;在彈性變形階段,應(yīng)力-應(yīng)變曲線近似為直線,其斜率為試件的動(dòng)態(tài)彈性模量;應(yīng)力達(dá)到峰值應(yīng)力后,試件進(jìn)入破壞階段,此時(shí)應(yīng)力-應(yīng)變曲線斜率變?yōu)樨?fù)值,應(yīng)變繼續(xù)增加但應(yīng)力持續(xù)下降,試件承載能力隨應(yīng)變的增加不斷降低,直至試件完全失去強(qiáng)度。

觀察應(yīng)力-應(yīng)變曲線中的峰值應(yīng)力,在相同加載速率下,試件峰值應(yīng)力隨循環(huán)次數(shù)的增加呈下降趨勢;在相同循環(huán)次數(shù)下,試件峰值應(yīng)力隨加載速率的增大呈上升趨勢。

2.4 動(dòng)態(tài)抗壓強(qiáng)度變化規(guī)律

動(dòng)態(tài)抗壓強(qiáng)度反映了巖石在沖擊載荷下的承載能力,對巖體工程結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性有著非常重要的意義?；◢弾r試件在不同加載速率下的動(dòng)態(tài)抗壓強(qiáng)度隨循環(huán)次數(shù)的變化如圖5所示。

圖5 花崗巖動(dòng)態(tài)抗壓強(qiáng)度隨循環(huán)次數(shù)的變化

從圖5可以看出,在相同加載速率下,試件動(dòng)態(tài)抗壓強(qiáng)度隨循環(huán)次數(shù)的增加呈先快后慢的下降趨勢,這與P波波速隨循環(huán)次數(shù)的變化規(guī)律相似。以8.6 m/s加載速率為例,花崗巖試件經(jīng)歷6次高溫-水冷循環(huán),動(dòng)態(tài)抗壓強(qiáng)度由98.59 MPa下降至84.18 MPa,降幅為14.62%,動(dòng)態(tài)抗壓強(qiáng)度每兩次循環(huán)間的降幅則分別為10.39%、3.17%、1.60%。這是因?yàn)楦邷?水冷循環(huán)作用產(chǎn)生的熱應(yīng)力對花崗巖試件造成的熱損傷隨循環(huán)次數(shù)的增加而不斷積累,導(dǎo)致試件動(dòng)態(tài)抗壓強(qiáng)度逐漸降低。并且在較低的循環(huán)次數(shù)下,試件原有缺陷迅速擴(kuò)展,內(nèi)部結(jié)構(gòu)熱應(yīng)力損傷程度急劇增大,表現(xiàn)為動(dòng)態(tài)抗壓強(qiáng)度顯著降低。

加載速率對試件動(dòng)態(tài)抗壓強(qiáng)度的影響則更為顯著,在相同循環(huán)次數(shù)下,加載速率越高,試件動(dòng)態(tài)抗壓強(qiáng)度越大,表現(xiàn)出明顯的應(yīng)變率強(qiáng)化效應(yīng)。以0次循環(huán)為例,試件在14.6 m/s和18.8 m/s加載速率下的動(dòng)態(tài)抗壓強(qiáng)度分別為121.20 MPa和143.16 MPa,相較于8.6 m/s加載速率下的98.59 MPa,增幅分別為22.93%和45.21%。

2.5 破碎形態(tài)變化規(guī)律

通過篩分試驗(yàn),得到不同循環(huán)次數(shù)下花崗巖試件受動(dòng)態(tài)沖擊載荷后的破碎形態(tài)以及各粒徑范圍破碎顆粒的質(zhì)量百分比,如圖6所示。

圖6 花崗巖破碎形態(tài)

從圖6(a)～圖6(d)可以看出,隨著循環(huán)次數(shù)的增加,破碎顆粒質(zhì)量百分比在大粒徑范圍逐漸減少,在中、小粒徑范圍則相應(yīng)增加。以8.6 m/s加載速率為例,花崗巖試件經(jīng)歷6次高溫-水冷循環(huán),粒徑>19 mm的大粒徑顆粒質(zhì)量百分比由64.28%下降至14.22%;粒徑在9.5～13.2 mm范圍的中粒徑顆粒質(zhì)量百分比由4.54%增加至22.91%;粒徑<4.75 mm的小粒徑顆粒質(zhì)量百分比由3.15%增加至20.61%。這說明高溫-水冷循環(huán)作用對花崗巖試件的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能存在劣化作用,隨著循環(huán)次數(shù)的增加,試件承載能力降低、破碎程度增大。

從圖6(a)、圖6(e)和圖6(f)可以看出,隨著加載速率的增加,大塊顆粒減少或消失,小塊顆粒及粉末增多,試件主要破壞模式由劈裂破壞變?yōu)閴K狀、粉碎破壞。以0次循環(huán)為例,當(dāng)加載速率由8.6 m/s增加至18.8 m/s,粒徑>13.2 mm的顆粒質(zhì)量百分比由90.69%下降至0,相應(yīng)粒徑<13.2 mm的顆粒質(zhì)量百分比由9.31%增加至100%。這說明試件破碎程度隨加載速率的增加而顯著增大。從花崗巖細(xì)觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析,在低加載速率下,新生裂紋來不及擴(kuò)展貫通,試件破壞主要是因?yàn)閮?nèi)部原生裂紋的滑移[24],所以破壞后大尺寸碎塊較多、細(xì)小粉末顆粒較少;而隨著加載速率的增加,試件吸收的能量增多,促進(jìn)了試件內(nèi)部原生裂紋和細(xì)小新生裂紋的發(fā)育與擴(kuò)展,導(dǎo)致試件內(nèi)部裂紋越發(fā)貫通,所以破壞后大尺寸碎塊較少、細(xì)小粉末顆粒增多。

2.6 分形維數(shù)變化規(guī)律

分形維數(shù)作為表征巖石破碎程度的定量指標(biāo),是巖石細(xì)觀結(jié)構(gòu)、破壞方式及試件形狀尺寸等因素的綜合反映[25],按照質(zhì)量-頻率度量方法[26],分形維數(shù)D計(jì)算公式為

(1)

D=3-K

(2)

式中:X為碎塊粒徑;MX為粒徑小于X的碎塊質(zhì)量之和;M為碎塊總質(zhì)量;Xm為碎塊最大粒徑;K為碎塊分布參數(shù);D為破碎試件塊度分布的分形維數(shù)。

花崗巖分形維數(shù)隨循環(huán)次數(shù)的變化如圖7所示。從圖7可以看出,分形維數(shù)和破碎形態(tài)在分析試件破碎規(guī)律上具有一致性。在相同加載速率下,試件分形維數(shù)隨循環(huán)次數(shù)的增加呈上升趨勢。經(jīng)歷6次高溫-水冷循環(huán),加載速率為8.6 m/s時(shí),試件分形維數(shù)由1.970 2增加至2.139 9,增幅為8.61%;加載速率為14.6 m/s時(shí),試件分形維數(shù)由2.148 2增加至2.395 7,增幅為11.52%;加載速率為18.8 m/s時(shí),試件分形維數(shù)由2.484 2增加至2.569 6,增幅為3.44%。

圖7 花崗巖分形維數(shù)隨循環(huán)次數(shù)的變化

3 結(jié)論

(1)隨著循環(huán)次數(shù)的增加,花崗巖試件顏色逐漸變暗、變黃,表面裂紋逐漸擴(kuò)展、加深,粗糙程度增大;試件密度隨循環(huán)次數(shù)的增加呈下降趨勢,經(jīng)歷6次高溫-水冷循環(huán),密度降幅為0.99%;試件P波波速隨循環(huán)次數(shù)的增加呈先快后慢的下降趨勢,波速每兩次循環(huán)間的降幅分別為42.53%、11.74%、7.46%。高溫-水冷循環(huán)對花崗巖物理性質(zhì)有明顯劣化作用。

(2)在相同加載速率下,試件動(dòng)態(tài)抗壓強(qiáng)度隨循環(huán)次數(shù)的增加呈下降趨勢,經(jīng)歷6次高溫-水冷循環(huán),降幅為14.62%～18.27%;在相同循環(huán)次數(shù)下,試件動(dòng)態(tài)抗壓強(qiáng)度隨加載速率的增大而顯著增加,表現(xiàn)出明顯的應(yīng)變率強(qiáng)化效應(yīng)。

(3)在相同加載速率下,隨著循環(huán)次數(shù)的增加,破碎顆粒質(zhì)量百分比在大粒徑范圍逐漸減少,在小粒徑范圍則相應(yīng)增加,表現(xiàn)為試件的破碎程度逐漸加劇;加載速率對試件破碎形態(tài)的影響更為顯著,在相同循環(huán)次數(shù)下,隨著加載速率的增大,大粒徑顆粒減少或消失,小粒徑顆粒及粉末增多,試件主要破壞形式由劈裂破壞變?yōu)閴K狀、粉碎破壞。

(4)分形維數(shù)和破碎形態(tài)在分析試件破碎規(guī)律上具有一致性。在相同加載速率下,試件分形維數(shù)隨循環(huán)次數(shù)的增加而增加,經(jīng)歷6次高溫-水冷循環(huán),增幅為3.44%～11.52%。