水对岩石受力红外辐射影响的研究

论文摘要

遥感-岩石力学基础实验研究发现,岩石在受力及灾变过程中,岩石表面的红外辐射强度发生规律性的变化,不同的应力阶段对应不同的红外辐射变化特征,岩石在破裂前存在红外辐射的异常前兆,应用红外遥感技术探测岩体应力应变与岩体稳定性是一种富有前景的新方法。然而,以往的遥感-岩石力学实验多是用干燥的岩石试样进行加载来观测岩石的红外辐射。而实际地下岩石多含有水,许多岩石受力引起的灾变现象（如地震、滑坡、矿井突水、矿柱失稳、巷道变形等）也多与水有关。因此,进行含水岩石受力及灾变过程的红外辐射特征研究具有重要理论意义和的应用价值。利用加载试验机、红外热像仪,对干燥和含水的砂岩、大理岩、花岗闪长岩在单轴压缩下的红外辐射特征进行对比观测研究,发现岩石在干燥和含水时的红外辐射特征存在明显差异。含水岩石受压时的红外辐射效应明显高于干燥岩石,水对受力岩石的红外辐射具有增强作用。含水砂岩AIRT与应力应变曲线非常吻合,能反应岩石加载过程中的应力应变曲线。从热像图可以看出,试件在受压过程中下端辐射温度的变化比上端要高得多,含水岩石尤其明显。含水岩石在压密阶段表现出增温的现象,而干燥岩石则多出现降温现象。为了解地下岩石应力热的传递规律,以热传导,热对流理论为指导,利用物理模拟实验和数值模拟实验,对水的热传递进行了定量研究,揭示了水的热传递规律。结果表明,海洋地震前的热红外异常不可能由应力热的水中传递至地表而产生,需另辟其它机制进行解释。研究结果丰富了遥感-岩石力学的内容,为自然界岩石（体）应力及灾变的遥感监测奠定了实验理论基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 1 文献综述
• 1.1 岩石受力与灾变过程红外辐射规律的国内外研究现状
• 1.2 研究内容
• 2 理论分析
• 2.1 岩石热力耦合效应
• 2.1.1 热弹定律
• 2.1.2 岩石摩擦滑动的热效应
• 2.2 热传递的基础理论
• 2.2.1 热传导
• 2.2.2 热对流
• 2.2.3 辐射传热
• 2.3 支配热辐射规律的四大定律
• 2.3.1 基尔霍夫定律
• 2.3.2 普朗克定律
• 2.3.3 维恩位移定律
• 2.3.4 斯蒂芬—玻尔兹曼定律
• 2.4 热成像的原理及技术
• 2.4.1 热成像的原理
• 2.4.2 热像仪的测温原理及特点
• 3 含水岩石单轴压缩的红外辐射规律研究
• 3.1 实验设计
• 3.2 砂岩的实验结果
• 3.2.1 干、湿砂岩载荷-时间曲线特征对比
• 3.2.2 干、湿砂岩加载过程中AIRT 的变化特征对比
• 3.2.3 干、湿砂岩加载过程中的红外热像变化特征对比
• 3.2.4 干、湿砂岩破坏瞬间的红外辐射特征对比
• 3.3 花岗闪长岩的实验结果
• 3.3.1 干、湿花岗闪长岩的AIRT -时间曲线对比
• 3.3.2 干、湿花岗闪长岩破坏瞬间的红外辐射特征的对比
• 3.4 大理岩的实验结果
• 3.4.1 干、湿大理岩的AIRT-时间曲线对比
• 3.4.2 干、湿大理岩峰值载荷前、破坏瞬间的红外辐射特征的对比
• 3.4.3 干、湿大理岩加载过程中的红外热像的变化特征的对比
• 3.5 不同类型岩石在干、湿状态下红外辐射特征的比较
• 3.6 含水岩石红外辐射机理讨论
• 4 应力热的水中传递模拟实验研究
• 4.1 概述
• 4.2 应力致热的热传导分析
• 4.3 应力致热的热对流分析
• 4.3.1 模型的简述
• 4.3.2 简化小尺寸模型的模拟结果和实验研究结果
• 4.3.3 实际尺寸模型的模拟结果
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 导师简介
• 作者简介
• 学位论文数据集