项目名称：高温作用下岩层介质的损伤演化及破裂机理研究
主要完成人：张连英，李明，刘瑞雪,李雁，雷蕾，李兵，仇培涛
完成单位：徐州工程学院
项目及成果简介：
应用领域：处理高温环境下的岩石工程问题已成为岩石力学发展的新方向。高放射性核废料的地层深埋处置、地热资源的开发、大都市圈的大深度地下空间开发利用、石油的三次开采、煤炭地下气化及贮存及火灾后重要建筑物保护与修复等工程问题，都需要考虑岩石在高温作用下岩层介质的损伤演化及破裂机理，其相关的力学参数是岩石地下工程开挖、支护设计、围岩稳定性分析的基本依据。
技术原理：利用MTS810电液伺服材料试验系统以及与之配套的高温炉MTS652.02对高温作用下岩石进行不同加载速率下单轴压缩实验及常温、700℃温度作用下单轴蠕变实验，分析了温度对岩石物理力学性质和蠕变特性的影响，以及高温状态下加载速率对岩石物理力学性质的影响。运用电镜扫描、X衍射分析等实验手段分析了温度对岩石力学性质和行为的影响，并研究了其微观力学机制。运用损伤力学、统计强度理论、粘弹性理论和热力学理论，探讨了岩石在高温状态和不同加载速率下的损伤演化、损伤本构及蠕变特征。
本项研究对组成岩层的主要种类岩样砂岩、泥岩、石灰岩、大理岩进行不同温度和加载速率下其基本力学性能及高温蠕变特性的系统测试，并对岩样损伤演化及破坏机理进行系统研究。取得主要成果如下：
（1）系统测定了常温至800℃高温条件下泥岩、砂岩、大理岩、石灰岩试样的全应力-应变曲线，分析得到了岩样的弹性模量、峰值强度、峰值应变、软化模量等随温度的变化规律，并给出了加载速率对泥岩力学性能的影响，揭示了泥岩随温度升高和加载速率增加的脆延转化特性。
（2）基于泥岩试样断口的电镜扫描和X射线衍射分析试验，给出了高温作用下泥岩试样组分结构的变化特征、影响泥岩力学性能的组分因素、试样断口处裂纹的形态及发育变化特征。结果表明，高温作用下泥岩试样的组分与物相变化是导致岩样断口处裂隙的扩展、
闭合、晶界破裂形式差异的重要原因，从而呈现了不同温度段泥岩宏观力学性能的变化特征。有效地揭示了高温作用下泥岩宏观破裂特征的微观机制。
（3）依据岩石损伤力学与统计强度理论，结合高温作用下泥岩的力学性能，构建了考虑温度及应变率效应的岩石损伤演化方程和本构模型，并针对所测泥岩岩样的力学特性，给出了相应的损伤本构方程具体参数，本构模型与试验结果具有很好的印证性。
（4）通过对常温及高温（700℃）作用下泥岩的分级加载蠕变试验，得到了相应的蠕变曲线，给出了泥岩的蠕变经验方程，并初步建立了考虑温度效应的泥岩蠕变本构模型，包括：泥岩的蠕变方程、卸载方程和松弛方程。