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核磁共振_应用研究_基于核磁共振技术的大理岩 三轴压缩损伤规律研究

核磁共振_应用研究_基于核磁共振技术的大理岩
三轴压缩损伤规律研究


应用背景


岩石的三轴抗压特性是岩石力学研究中的重要课题之一,岩石受荷破坏的过程,实质就是内部裂隙产生、扩展和贯通的过程,因此,研究岩石在三轴压缩作用下内部裂隙的损伤演化规律对于采矿、水利水电、隧洞及天然地基工程的理论计算和设计工作具有重要意义。

传统的方法如:声发射、电镜和CT技术可研究岩石在三轴压缩作用下的破坏机制,得到岩石在三轴压缩作用下内部裂纹的扩展规律,但是这些研究主要集中在岩石宏观特性和力学参数等方面,而演示内部细观裂隙的变化对岩石的宏观变形和力学参数变化起控制作用。核磁共振技术能够在不损伤岩石的情况下测得弛豫时间T2谱曲线和孔隙度,为岩石的不同尺寸的裂隙损伤演化规律研究提供了一种可行的解决途径。


下面简单介绍核磁共振技术结合连续介质损伤力学相关理论,通过核磁共振T2谱曲线来研究岩石内部大小不同孔隙在三轴压缩作用下的数量和裂隙开度的变化情况,将孔隙度和损伤度结合起来分析,建立了孔隙度、轴压比与损伤度的函数关系,其结果可为大理岩三轴压缩细观损伤研究提供试验数据。


弛豫时间T2谱分析

岩样内孔隙的数量和尺寸能够通过T2谱曲线直观的反映出。T2值的大小与孔隙尺寸成正相关,T2值越大,尺寸越小;T2谱曲线谱面积与孔隙数量正相关,谱面积越大,孔隙的数量就越多;单个谱峰面积和峰值与相应尺寸的孔隙数量正相关。

由随着轴压的增大,T2谱曲线整体向右扩展和移动,谱面积不断增大,表明随着轴压的增大,大理岩内部孔隙的裂纹开度不断增大,数量不断增多,损伤不断加剧;当轴压比低于90%时,随着轴压的增大,T2谱T2积不断增大且增幅越来越大,但向右扩展和移动的幅度较小,表明轴压在低于三轴抗压强度90%时,大理岩损伤的加剧主要是内部孔隙数量的不断增多引起;轴压比由90%增大至100%,T2谱的面积急剧增大,且向右较大幅度扩展和移动,表明轴压大于三轴抗压强度90%时,大理岩损伤急剧增加直至破坏是由内部裂隙数量和裂隙开度均急剧增大引起。另外,大开度裂隙的形
成也表明,临近破坏时岩样会形成一定宽度的剪切带,裂纹沿某个方向定向扩展且形成局部变形,导致贯通裂隙的快速形成,而其他方向裂纹基本不再扩展。

(参考文献:《基于核磁共振技术的大理岩三轴压缩损伤规律研究》 岩土力学 2014年第35卷第11期)




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