【摘要】：水下隧道火災(zāi)不僅嚴(yán)重威脅人的生命和財(cái)產(chǎn)安全,而且火災(zāi)引起的高溫以及隨后噴水降溫過程對(duì)隧道圍巖危害巨大,比如:裂縫、爆裂甚至崩塌等。圍巖經(jīng)歷高溫以及隨后急劇冷卻的過程對(duì)其力學(xué)性能和滲透性能的影響,是評(píng)估水下隧道的長(zhǎng)期安全性的重要因素。另一方面,本文還考慮了高溫巖體地?zé)衢_發(fā)過程中巖體的滲透性受溫度及開挖擾動(dòng)的影響。本文以經(jīng)過不同溫度(25℃、400℃、900℃)熱處理后的花崗巖試樣為研究對(duì)象,利用溫度-滲流-應(yīng)力-化學(xué)全耦合(THMC)多功能試驗(yàn)系統(tǒng),對(duì)其開展了不同圍壓(0MPa、5MPa、10MPa、15MPa、20MPa、30MPa)作用下的常規(guī)三軸壓縮試驗(yàn)和高溫加熱快速水冷后花崗巖循環(huán)加卸載條件下的氣體滲透試驗(yàn)。從宏觀和微觀角度分析了花崗巖在經(jīng)歷高溫水冷后的基本物理力學(xué)性質(zhì),分析了花崗巖物理參數(shù)的變化規(guī)律,探討了循環(huán)加卸載條件下高溫水冷后的花崗巖的強(qiáng)度參數(shù)、滲透率隨熱處理溫度的演化規(guī)律。主要結(jié)論如下:(1)花崗巖的干密度和飽和密度隨著高溫水冷處理溫度的升高而減小,孔隙率、滲透率呈增大趨勢(shì);從微觀角度開展SEM掃描電鏡試驗(yàn)和X衍射試驗(yàn),分析得出高溫使得花崗巖內(nèi)部產(chǎn)生熱裂隙,溫度越高,產(chǎn)生熱裂隙越多,花崗巖礦物成分含量也發(fā)生變化;花崗巖BET多點(diǎn)法比表面積與BJH法孔體積有相似的規(guī)律:400℃熱處理后花崗巖試樣比表面積與孔體積較常溫下變化不明顯,但900℃熱處理后花崗巖試樣表面積與孔體積明顯減小;(2)高溫水冷后的花崗巖的峰值強(qiáng)度和彈性模量隨熱處理溫度變化的規(guī)律具有一致性:隨著熱處理溫度的升高,花崗巖的峰值強(qiáng)度和彈性模量整體呈減小趨勢(shì),在400℃熱處理后,花崗巖的峰值強(qiáng)度和彈性模量較常溫下無明顯變化;900℃熱處理后,花崗巖的峰值強(qiáng)度和彈性模量明顯減小,破壞形式由脆性破壞向延性破壞轉(zhuǎn)變;(3)在循環(huán)加卸載過程中,花崗巖產(chǎn)生殘余變形,并且形成沒有封閉的滯回環(huán),表明花崗巖在循環(huán)加卸載過程中存在塑性變形;隨著圍壓增大,循環(huán)加卸載過程中花崗巖試樣的卸載模量明顯增大;隨著熱處理溫度的升高,花崗巖的卸載模量不斷減小;400℃高溫水冷后花崗巖體積應(yīng)變與常溫下基本一致,但900℃高溫水冷后花崗巖試樣的體積應(yīng)變明顯增大;(4)花崗巖在循環(huán)加卸載條件下的氣體滲透率隨著圍壓的升高而降低,隨著熱處理溫度的升高而增大,且在900℃高溫?zé)崽幚砗?花崗巖的氣體滲透率增大趨勢(shì)明顯。
【學(xué)位授予單位】：湖北工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：U458;U459.5
【圖文】：

準(zhǔn)備驗(yàn)所需的花崗巖試樣來于大別山，其外觀完整，宏觀均勻性分析得到其主要的礦物成分及質(zhì)量百分比分別為：鈉長(zhǎng)石7%）、鉀長(zhǎng)石（8.78%）、云母（3.38%）、方解石（0.12%），然密度為 2.60g/cm3，天然孔隙率為 0.92%。樣加工驗(yàn)試樣的尺寸選用直徑 50mm、高度 100mm 的圓柱體，高水電工程巖石試驗(yàn)規(guī)程》（SL264-2001）規(guī)定，試樣的加工度、平直度和垂直度）均符合規(guī)定的要求。樣的熱處理

馬弗爐型號(hào)為 TNX1200-30,最高可加熱目標(biāo)溫度為 1200℃，工作V，爐膛容積 12L，功率 4kW，頻率 50HZ。采用國(guó)際上最先進(jìn)的輕質(zhì)氧化維，保溫效果好，質(zhì)輕且耐高溫、耐速冷速熱，內(nèi)置溫控儀和可編程 PID溫降溫，不需要值守。將試樣整齊擺放入馬弗爐爐膛，試樣之間間隔 3-是使試樣在加熱過程中均勻受熱。設(shè)定加熱程序：設(shè)定升溫速率為 5℃/m至目標(biāo)溫度，保溫時(shí)間 4h。待其到達(dá)預(yù)定時(shí)間后，用鐵鉗取出試樣直接進(jìn)行水冷，待其冷卻至室溫，使用干燥毛巾擦拭試樣表面的水后，置入，恒溫 105℃干燥 24h，使之充分干燥，之后取出試樣備用。

（MPa）；μ 為測(cè)試氣體的粘滯系數(shù)(Pa s)；L 為試樣高度(mm)；S 為試樣橫截端面積(mm2)；P0為大氣壓，其值為 0.1MPa；Δt 為監(jiān)測(cè)進(jìn)氣端氣壓變化的監(jiān)測(cè)時(shí)間（s）。2.2.3 氮吸附原理吸附是一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡的物理過程，吸附過程是固體表面的氣體濃度增加的過程，脫附過程為氣體濃度減少的過程，當(dāng)氣體的吸附量保持相對(duì)穩(wěn)定不變時(shí)，稱為吸附平衡。對(duì)于某一個(gè)恒定溫度下的氣體壓力，固體材料有一個(gè)恒定的平衡吸附量[51]。通過氣體壓力的變化，就可以得到吸附量隨壓力變化的曲線，這個(gè)曲線就是等溫吸附曲線，又稱等溫解吸曲線[51]。等溫吸附/脫附數(shù)據(jù)是材料比表面積和孔徑分析的基礎(chǔ)，它是分壓點(diǎn) P/P0與吸附、脫附量的曲線（其中 P 指平衡壓力，P0指在吸附溫度下吸附質(zhì)的飽和蒸汽壓）。圖 2.3 所示為國(guó)際純粹與應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(huì)（IUPAC）提出的物理吸附等溫線分類。液氮溫度下的氮吸附得不到這些等溫線的完整形式，而在液氬下的氬氣吸附是可以實(shí)現(xiàn)的。

【參考文獻(xiàn)】

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