脆性岩石挤压断裂过程应力磁感强度实验研究

论文摘要

研究岩石在应力作用下的力学性质,了解其断裂演化过程的变化规律,对保证工程安全具有重要意义。研究表明,自然界岩石均带有一定磁性,当岩石受到外加应力作用时,会在岩石中激发出变化的磁场,从而在周围空间感应出磁场,磁场随岩石裂隙的变化而变化,故本研究拟将磁学物理量磁感应强度引入对岩石挤压断裂过程的研究中。试验中选择较坚硬的花岗岩作为研究对象,将磁芯植入花岗岩圆柱体试件中,对岩石自身磁场进行放大,使岩石处在由磁芯模仿的基本磁场中,利用加载系统、双方向磁感应强度测试系统、三通道数据采集系统对岩石轴向加载过程进行实时监测,将岩石力学参量与磁学物理量磁感应强度联系到一起,取得应力、应变、磁感应强度三者的对应关系,形成一种探测岩石挤压过程裂隙变化的磁性测试方法。通过对花岗岩带磁芯试样周围磁场分布的测试,得出磁源在空气、岩石两相介质中的磁场分布规律为：弱磁探测仪传感器探头距离磁芯试件表面越远,测得的磁感应强度越小,且存在一个磁强变化敏感区,该区域内距离稍微发生变化,磁强即发生很大改变,在该区域内进行双方向磁强测试会取得的较理想的试验数据结果,试验中找到磁强变化敏感区尤为重要。试验结果表明：弹性加载阶段,外力作功贮存在岩石内部形成弹性能,岩石内部裂隙发生闭合等复杂微观变化,影响磁芯磁力线分布,磁强有较小幅度的增加,为0～5μT；当弹性内能达到最大值开始转变为裂缝表面能进行耗散时,磁感应强度发生跳跃式增大,在磁强-应变曲线上形成突变点,即为岩石挤压断裂临近破坏时的磁感应强度异常特征；软化塑流段过程中,岩石因内聚力丧失发生宏观破坏,岩石磁阻增大,磁芯磁力线改变磁通路径,由岩石内部迅速向外部环境中扩张,外部磁感应强度急剧增大,整个破坏过程中磁强增加在10-130μT范围内不等；部分试件由于岩石断裂过程中磁芯发生移动,出现磁感应强度减小的情况。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 岩石变形破裂测试方法的研究
• 1.2.2 岩石的磁学效应研究
• 1.3 论文研究主要内容
• 1.4 拟解决的关键问题
• 第2章 脆性带磁芯岩样周围磁场分布理论
• 2.1 岩石磁性分析
• 2.2 磁性物质的磁学参数
• 2.3 岩石裂隙与磁通路径
• 2.3.1 轴向应力作用下岩石裂隙变化特征
• 2.3.2 磁芯的磁通路径及其周围磁场分布
• 2.4 磁源在两相介质中的磁场分布
• 2.4.1 磁芯周围磁场分布
• 2.4.2 磁芯花岗岩试样周围磁场分布
• 2.5 岩石挤压断裂改变磁场分布理论
• 2.6 本章小结
• 第3章 磁芯植入花岗岩试件与试验系统的建立
• 3.1 圆柱体花岗岩试件中植入磁芯
• 3.2 试验系统组成
• 3.3 试验加载系统
• 3.4 双方向磁感应强度测试系统
• 3.5 三通道数据采集系统
• 3.5.1 数据采集系统的组成
• 3.5.2 数据采集系统的标定
• 3.6 本章小结
• 第4章 脆性岩石挤压断裂过程磁感应强度试验
• 4.1 试验原理与方法
• 4.2 磁芯岩石周围空间初始磁感应强度测试
• 4.3 磁芯岩石挤压断裂全过程及磁感应强度测试
• 4.3.1 试验前仪器检查
• 4.3.2 试验过程
• 4.4 本章小结
• 第5章 数据处理及结果分析
• 5.1 试验数据处理
• 5.2 岩石挤压断裂过程磁强-应力曲线变化规律
• 5.2.1 第一类花岗岩磁感应强度-应力曲线
• 5.2.2 第二类花岗岩磁感应强度-应力曲线
• 5.2.3 第三类花岗岩磁感应强度-应力曲线
• 5.3 岩石挤压断裂过程应力-应变-磁强曲线变化规律
• 5.3.1 第一类花岗岩应力-应变-磁感应强度曲线
• 5.3.2 第二类花岗岩应力-应变-磁感应强度曲线
• 5.3.3 第三类花岗岩应力-应变-磁感应强度曲线
• 5.4 花岗岩挤压临界破坏时的磁感应强度异常特征
• 5.5 花岗岩破坏形态对试验结果的影响
• 5.6 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 研究结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 附录A Qbasic采集程序
• 附录B 三通道数据采集程序
• 附录C 岩石破坏形态
• 致谢
• 个人简历