2 纵波波速试验及结果

　　目前，超声波测试技术在岩石力学领域得到了广泛地应用。纵波与横波在岩石试件内的传播速度可以在一定程度上反映岩石的矿物成分、孔隙度等物理特性以及泊松比、杨氏模量等参数；超声波速度也是评价材料损伤的指标之一。[3，4]

　　为分析温度对大理岩的损伤，在试件初始态和每次温度作用并冷却至室温后均进行了波速测试。测得的数据列表保存，代表性试件的结果如表1所示。

　　很明显可以看出，温度作用后试件的纵波波速降低。这从一定程度上体现出，200℃温度作用后，岩石的内部缺陷发展，微观结构发生变化。

　　3 试验结果及分析

　　3.1 卸荷强度变化规律 通过卸荷试验，得到不同温度下大理岩试件卸荷破坏的力学参数如表2所示。

　　通过对比，可以看出相比常温卸荷的试件，可以看出在200℃温度作用下大理岩试件卸荷强度略有增大；随着围压的提高，这一现象更加明显。

　　3.2 纵波波速与大理岩卸荷强度关系的讨论 根据损伤力学[5，6]原理，采用纵波波速的相对变化来定义损伤因子，则大理岩试件的损伤因子可以定义为：D=1-■（1）

　　式中：

　　D为损伤因子；

　　Vt为试件经过温度作用后对应的波速；

　　V0为初始时刻对应的波速。

　　则损伤因子对应着就是表1中的波速降低百分比。

　　根据表1和表2可以看出，试件的卸荷强度与相应的损伤因子有着一定相关性：损伤因子越大，卸荷强度越低，反之亦然。

　　3.3 温度对大理岩微观卸荷破坏形式的影响 使用合肥工业大学分析测试中心的SEM电镜（型号JSM6490/LV扫描电镜）观察加温前后的大理岩试件的微观破坏模式的影响。

　　可以看出，在经历温度作用后，大理岩试件会出现由于水分蒸发产生的气孔，如图2。相对于常温试件，加温后的试件，气孔变得更大，数量更多，从而更加容易被观测到。

　　同时，也可以观测到，在试件破坏过程中会出现各种形态的微裂纹以及断口。可以总结出，大理岩的微裂纹主要分为缩聚微裂纹、张性微裂纹、压性微裂纹和剪性微裂纹等，如图3所示。由大量的观测结果可以得出结论，常温作用后试件的剪性、张性微裂纹居多，相比常温试件，200℃温度作用后出现了一定数量的缩聚微裂纹及压性微裂纹。这说明温度作用对大理岩微观破坏模式有着显著的影响，与波速试验的结果相吻合。

　　4 结论

　　①用纵波波速比商法定义了温度损伤，可以看出试件的卸荷强度与相应的损伤因子有着一定相关性：损伤因子越大，卸荷强度越低，反之亦然。

　　②温度作用后，岩石内部微气孔数量变多，大小变大，在电镜下更容易被观察到。

　　③常温作用后试件的剪性、张性微裂纹居多，相比常温试件，200℃温度作用后出现了一定数量的缩聚微裂纹及压性微裂纹。

　　参考文献：

　　[1]尤明庆，苏乘东，李小双.损伤岩石试样的力学特性与纵波速度关系研究[J].岩石力学与工程学报，2008，27（3）：358-467.

　　[2]夏才初，李宏哲，刘胜.含节理岩石试件的卸荷变形特性研究[J].岩石力学与工程学报，2010，29（4）：697-704.

　　[3]顾泽同，葛永乐，翁中杰等.工程热应力[M].北京国防工业出版社，1987：162-163.

　　[4]张元中，楚泽涵，陈颙.岩石热开裂研究现状及其应用前景[J].特种油气藏，1999，16（2）：1-5.

　　[5]Wang H F， Bonner B P， Charlson S R， et al.， Thermal stress cracking in granite[J]. J Geophys Res， 1989， 94： 1745-1758.

　　[6]张安哥，朱成久，陈梦成.疲劳、断裂与损伤[M].成都：西南交通大学出版社，2005，11.

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