【摘 要】
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对于地下岩体开挖工程,“微波+机械”具有广阔的应用前景,已成为一种新兴的破岩技术,对它的研究主要分为两个方面,一是微波照射对岩石的损伤,再者就是机械冲击作用下岩石的力学性能变化及破碎特性,现有的文献主要针对第一方面做了不少研究,但是并未将两者统筹结合起来,使得研究结果不够全面。因此本文对微波辐射引起岩石动力学性质变化进行了尝试性的探索。采用频率2450MHz的多模腔微波设备和霍布金森压杆装置(SH
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对于地下岩体开挖工程,“微波+机械”具有广阔的应用前景,已成为一种新兴的破岩技术,对它的研究主要分为两个方面,一是微波照射对岩石的损伤,再者就是机械冲击作用下岩石的力学性能变化及破碎特性,现有的文献主要针对第一方面做了不少研究,但是并未将两者统筹结合起来,使得研究结果不够全面。因此本文对微波辐射引起岩石动力学性质变化进行了尝试性的探索。采用频率2450MHz的多模腔微波设备和霍布金森压杆装置(SHPB)对花岗岩试件进行不同参数下的冲击压缩试验,并结合应力应变曲线,从能量角度分析,进一步验证微波技术对机械破岩法的辅助作用,主要研究内容和结论如下:(1)在1.3kW~5.3kW微波功率下,饱水花岗岩失水率均高于吸水率,说明无论是在高功率还是低功率下,微波辐射蒸发了所有的表层水,当岩石表层内的水分丧失后会蒸发矿物结合水,结合水受到微波的作用而迅速汽化并使得岩石产生裂纹。(2)各参数下花岗岩微波能量转换率在13%~19%范围内变化,微波能量转换率整体较低;经过对比发现在4kW功率下,损伤变量增幅最高,同时微波能量转换率增大,因此采用4kW功率照射时能效最好。(3)OkW~5.3kW范围内花岗岩动态峰值应力随气压的增强逐渐升高,气压等级提高0.05MPa时,峰值应力将提高10%~20%,提高幅度与岩石受损情况有关。微波辐射后,由于岩石内部产生裂隙造成了一定损伤,导致在相同冲击气压下岩石循环冲击次数减小。(4)应力一应变曲线的不同阶段岩石具有不同变形特征,在应力快速增长阶段,试样表面没有出现裂纹,而是被迅速压缩;在应力缓慢增长阶段,试件表面产生了平行于压应力作用方向的轴向裂纹,裂纹不断拓展;在应力下降阶段,岩石宏观破裂面处有滑移现象,破碎明显。(5)等强度冲击下,试样单位体积吸收能相同,随着循环次数的增加,岩石吸收的能量不断累积,导致试件内部裂隙增多,峰值抗压强度降低。同时,微波照射后循环冲击时吸收能比重增加,循环冲击更节约能量。(6)该统计损伤本构模型四个参数确定方式较为简便,基本可以反映岩石破坏过程中的整体应力—应变行为,除个别曲线下降段拟合误差稍大些,多数曲线无论是上升段还是下降段拟合误差都较小。本文主要对微波辐射引起岩石动力学性质变化进行了尝试性的探索,总结岩石动力学性质与微波照射功率、冲击气压之间的变化规律,此规律对微波辅助冲击破岩技术的发展起到了一定程度的促进作用,同时也为日后工程的展开提供理论参考。
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