微波照射下岩石损伤CT试验研究

工作站型号workspace，发射排为24排，速度0.4 s，如图1所示。本试验还采用了磨平机、切片机、取心机、打磨机和切石机等。

2.2试样制备与试验方法本试验选取河北省平山县花岗岩和陕西秦岭丰裕口花岗岩，依次通过取芯、切割、打磨，将选取的岩样加工成剪切标准试件，试件加工尺寸为50 mm×50 mm，如图2所示，放在干燥环境内静置48 h使其初始参数相同。将加工好的岩石试件在水中浸泡不同时间，通过浸泡时间来控制岩石的含水率，按照浸泡时间的不同分为4组：不浸泡、浸泡6 h，浸泡12 h，浸泡24 h；每组包含5个试件。将浸泡后的岩石试件经微波照射（参数设定为10 kW，6 min）后做岩石抗剪切试验，试件的冷却方式为浸水冷却。

3试验结果与机理分析

3.1微波照射后岩石的CT扫描试验微波照射后，对产地不同的2种花岗岩第一组试样进行CT扫描，扫描前后对比如图3所示，图中标定了诱发损伤的“危险区域”，并根据（2）式计算微波照射下各岩石的损伤变量，见表1.

从图3可知微波照射下岩石损伤是由含吸波物质的一些“危险区域”引起的，从图2（b）图可以看出平山县花岗岩经微波照射后其损伤有3处，从其中2处可以看到存在裂纹，且2处裂纹区域贯通，其他部分明显变暗；从d图看出花岗岩经微波照射后产生了一出裂纹，其余未观察到明显的损伤形成。

把表1中数据用图的形式表示出来如图4所示，可以看出，“危险区域”损伤变量值比整个图层大得多，平山县花岗岩损伤变量值高于秦岭花岗岩，平山县为黑云母闪花岗闪长岩，岩石主要有斜长石其次是石英和微斜长石组成；秦岭花岗岩为黑云母二长花岗岩，岩石主要由2种长石和石英组成。平山县花岗岩所含的黑云母比秦岭花岗岩多，且另含有角闪石和磁铁矿，黑云母、角闪石、磁铁矿的最大介电常数分别为9.28，8.5，81，这些矿物在微波照射下反映显著，与相邻其他矿物形成巨大差异，损伤变形不一致，形成较大内部应力，由此引起裂纹的形成及扩张，致使岩石丧失力学性能。所以矿物成分是微波照射下引起岩石损伤的根本。

经花岗岩矿物成分检定，河北平山县花岗岩成分及粒径结构为：半自形结构，粒径0.5～5 mm，石英20%～30%，斜长石40%～50%，微斜长石20%～30%，角闪石5%～10%，黑云母10%，其余为少量辉石、磁铁矿和磷灰石；秦岭花岗岩成分及粒径结构为：花岗岩变晶结构，粒径0.5～4 mm，石英30%～40%，斜长石30%～40%，微斜长石20%～30%，黑云母5%，锆石1%左右。

3.2对微波照射后岩石的抗剪切试验为了进一步研究微波照射后岩石力学性能变化规律，在不同含水率（不同浸泡时间）下采用岩石剪切试验机对平山县花岗岩经微波照射后（10 kW，6 min）做抗剪切试验，其试验数据结果见表2.给出了在不同浸泡时间、不同剪切角度下花岗岩破坏荷载、正应力、剪应力及内摩擦值等数据，由此可以分析微波照射下含水率对岩石损伤的影响。

由表2岩石抗剪切试验数据分析可知，未浸泡组与浸泡组相比，浸泡后经微波照射的岩石试件，抗剪强度普遍降低；照射组的岩石试件抗剪切强度与原试件相比，均有所降低，但由于数据存在离散性，所以不具有明显的线性关系；浸泡6 h经微波照射后的岩石试件55°，65°，75°抗剪切试验切应力较未浸泡组分别降低7.54%，35.57%，3732%，浸泡12 h与浸泡6 h相比切应力分别降低3.85%，52.29%，-24.03%；65°，75°抗剪切试验切应力数值基数较小，因而对照前后切应力降低幅值较大，而浸泡12 h与6 h相比微波照射后75°抗剪切试验切应力出现未减反增的现象，初步分析是由于试验数据误差造成；以55°抗剪切试验数据作为主要参考值，对平山县花岗岩浸泡6 h后再进行微波照射，损伤程度较明显。造成试验数据一定离散性的主要因素有：用水浸泡控制岩石含水率的不确定性、岩石试样间的差异性、剪切试验过程的差异性、微波照射岩样的差异性、人为读数及计算误差等。

4结论1）微波照射下岩石的裂纹损伤演化表现出局部化特征，河北平山县花岗岩损伤变量值大于秦岭花岗岩，局部“危险区域”损伤变量值远大于其他区域，花岗岩的裂纹损伤主要取决于黑云母、角闪石、磁铁矿等吸波物质；2）微波照射下岩石内部水分汽化，产生蒸汽压力促使岩石内部裂纹的形成和发展，岩石含水率的变化使岩石介电特性发生改变，从而影响岩石裂纹演化情况；3）含水率对微波照射后岩石抗剪切强度影响显著，抗剪强度、破坏荷载等都随着含水率的增加而减小，在试验设定的含水率变化范围内，岩石试件的含水率越高，经微波照射后损伤程度越大，损伤的离散性越强。

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