礦物粒徑對花崗巖單軸壓縮特性影響的試驗與模擬研究

摘要：高放廢物深部地質處置目前受到世界各國的高度重視。花崗巖是我國高放廢物地質處置工程的候選圍巖,深入了解處置庫花崗巖的強度及破壞特性對于處置系統的設計及性能評價具有十分重要的意義。作為礦物顆粒的集合體,花崗巖是一種由石英、長石和黑云母等礦物組成的非均質巖石,礦物粒徑對其宏觀力學特性影響明顯。以我國高放地質處置庫預選區阿拉善花崗巖為例,選取礦物粒徑差異明顯的似斑狀花崗巖和中粒花崗巖兩類巖石,采用單軸壓縮試驗與數值模擬相結合的方式研究了礦物粒徑對巖石力學特性的影響。單軸壓縮試驗在MTS815巖石力學試驗系統進行,數值模擬采用基于離散元的顆粒流程序PFC 2D完成。數值模擬過程中,以試件表面圖像為基礎,采用數字圖像處理技術獲取巖石內部礦物組分的實際空間分布,從而建立了精確反映花崗巖內部礦物種類及其空間位置的數值模型。利用該模型對花崗巖的單軸壓縮試驗進行了數值模擬,并與試驗結果對比,論證了模型的可靠性。試驗及模擬結果表明,阿拉善花崗巖破壞形式為脆性張拉破壞,裂紋大多平行于軸壓方向,數字圖像數值分析方法可真實地反映材料細觀結構。礦物粒徑對材料力學特性的影響主要表現為:細粒、等粒結構的巖石強度高,粗粒、不等粒結構的巖石強度低。研究成果可為掌握礦物粒徑對巖石強度及變形特性的影響提供依據。