基于连续-离散方法的微波照射下花岗岩力学行为与破裂特征

• Published in: 煤炭学报 Vol. 48; no. 2; pp. 693 - 713
• Main Authors: 高亚楠, 王云龙, 张垚, 蔚立元, 邵晓爽, 张广凯
• Format: Journal Article
• Language: Chinese
• Published: 中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室,江苏徐州 221116 01.02.2023; 中国矿业大学力学与土木工程学院,江苏徐州 221116
• Subjects: 微波辅助破岩; 热破裂; 破裂特征; 力学行为; 连续-离散方法
• ISSN: 0253-9993
• DOI: 10.13225/j.cnki.jccs.2022.1557

TD313; 微波辅助破岩具有绿色、低能耗等优点,是有望实现深部煤炭资源开发中硬岩地层高效掘进的技术手段,其机理引发了工程与学术界的关注.基于花岗岩组分矿物微波吸收升温差异,借助连续介质微波电磁分析及离散元力学模型,实现了微观矿物温度离散赋值,提出了微波照射下花岗岩力学性质的计算分析方法,从温度场分布、力学性质和破坏形态验证了方法的可靠性,揭示了微波照射下花岗岩破裂规律、单/三轴加载条件下的力学行为及破裂机制.计算结果表明:①微波照射下,试样出现2个相对低温区域和1个热点区域.在低照射功率(≤2 kW)情况下,试样内部裂纹数量极少;高照射功率(≥3 kW)下,试样内部裂纹以晶粒边界拉伸破坏为主导逐渐发育,并以热点区域为中心向四周延拓形成裂纹网络.②对于单轴压缩,试样峰值应力、弹性模量和损伤阈值均随照射功率增加而降低,在高照射功率(≥3 kW)下,力学参数跌落更加明显;当照射功率较高(≥3 kW)时,微波照射后初始裂纹主导了受载试样的裂纹演化,试样呈现沿初始裂纹扩展趋势并出现显著的局部破坏.③对于三轴压缩,随照射功率增加,初始围压对试样强度提升效果越发强烈;低照射功率(≤2kW)下,弹性模量随围压变化不明显,高照射功率(≥3 kW)下,初始围压对弹性模量的提升格外显著;随照射功率增加,围压促进了破碎颗粒的继续承载及应力传递,试样破坏由晶间破坏主导向晶内破坏主导转变,进而引发裂纹网络充分发育,抑制了高功率(≥3 kW)照射产生的局部结构集中破坏.