热—液—力耦合花岗岩的物理力学性质研究

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本文研究依托河北省高等学校科学技术研究项目(考虑热-液-力耦合作用下深部干热岩钻井围岩稳定性研究),通过实验室室内实验对花岗岩进行热-液耦合实验处理并进行物理性能实验测试,采用岩石单轴压缩实验对热-液耦合的花岗岩进行力学实验,分析热-液-力耦合的花岗岩的物理和力学性质规律。借助马沸炉和真空饱水装置进行花岗岩的热-液耦合实验,得出实验过程中的岩石物理参数,分析其影响因素对物理参数的影响规律。利用超声波测试仪对岩石的波速进行测试,并且分析影响因素对岩石波速的影响规律。利用万能试验机系统对热-液耦合花岗岩进行单轴压缩变形实验,得出岩石破坏过程中的应力、应变和变形模量等力学参数,分析各影响因素对岩石力学性质参数的影响规律。同时,利用岩石单轴抗压强度、波速等进行了岩石可钻性研究、能量损失研究。利用数学统计方法分别对各影响因素进行显著性、重要性分析。研究得出的结论如下:1.对花岗岩进行了热-液耦合循环实验,温度区间为250℃-450℃,热-液耦合循环次数为1-5次。并分析了岩石的受力和变形情况与物理因素之间的关系,得到热-液耦合循环次数对花岗岩的影响性大于温度的影响性。2.温度与热-液耦合循环次数对花岗岩的物理性质的影响规律为:花岗岩的颜色随温度升高变得暗沉,有棕黄色斑点。花岗岩的撞击声随着温度升高、热-液耦合循环次数增加变得浑浊。花岗岩的波速随温度升高、热-液耦合循环次数增加而变小。加热过程中的花岗岩质量损失率和浸水过程中的质量增加率随温度升高、热-液耦合循环次数增加而增加。3.热-液-力耦合花岗岩的受力情况随物理因素的变化规律:峰值应力随温度的升高、热-液耦合次数的增加而降低,随着加载速率的增加而增加。峰值应变随温度的升高、热-液耦合次数的增加而增加,随着加载速率的增加而降低。4.热-液-力耦合花岗岩的变形情况随物理因素的变化规律:弹性模量、割线模量随温度的升高、热-液耦合次数的增加而降低,随着加载速率的增加而增加。5.花岗岩物理力学参数影响因素的显著性分析结果:密度的影响因素中,热-液耦合次数为显著性因素,温度为非显著性因素。波速的影响因素中,因素主次排序为:热-液耦合循环次数>密度>温度。力学性质影响因素中,因素重要性排序(低→高):密度、波速、实验加载速率、温度和热-液耦合循环次数,外界条件的影响大于自身物理因素的影响。6.热-液-力耦合花岗岩的可钻性研究和能量损伤情况:热-液-力耦合花岗岩的坚固程度介于比较坚固与坚固之间,可钻性较差。花岗岩的能量损伤随温度升高、热-液耦合循环次数增加而增加。
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