基于DIC及CPG技术的热冷循环后花岗岩I型断裂特性

摘要：

深部储层岩石的热力学特性,尤其是循环热冷作用下损伤破坏特性,对于增强型地热系统井壁稳定性分析及地热开采效率评估具有重要意义.针对中心直裂纹半圆盘(NSCB)花岗岩试样,首先进行不同热冷循环处理(加热温度 400℃,最高循环次数 13次),然后开展 3点弯I型断裂韧度特性试验.基于裂纹扩展计(CPG)和数字图像相关(DIC)测试技术,研究了热冷循环作用下花岗岩I型断裂韧度、断裂过程区(FPZ)、裂纹扩展速率及断裂轮廓特征的影响规律.试验结果表明:当热冷循环次数达到 10次以上,花岗岩试样脆性明显减弱,而峰前软化特性和峰后延性增强;花岗岩的断裂过程区由裂缝尖端开始逐步孕育,断裂过程区长度随荷载增大呈先增大后减小的趋势,I型断裂韧度、最大断裂过程区长度及裂纹平均扩展速度随热冷循环次数增大而指数减小,I型断裂面随热冷循环次数增大越来越不平整.最后,基于X-ray衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)等微观测试技术,研究了热冷循环作用对花岗岩矿物成分及微观结构的影响规律,结果表明花岗岩 4种矿物成分的峰值衍射强度及矿物质量分数均随热冷循环次数增大而降低,而微裂纹大小及数量随热冷循环次数增大而增大.热冷循环作用下花岗岩的损伤劣化机理包含了多次高温热损伤、水冷冲击及水弱化等3方面的联合作用结果.

关键词：热冷循环、断裂韧度、断裂过程区、裂纹扩展速度、裂纹扩展计(CPG)技术、数字图像相关(DIC)技术

所属期刊栏目：49

分类号：TD324(矿山压力与支护)

资助基金：国家自然科学基金;国家自然科学基金;湖南省研究生科研创新资助项目

在线出版日期：2024-08-19（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共16页

页码：3102-3117