大理巖三軸壓縮損傷規(guī)律核磁共振研究

巖石的三軸抗壓特性是巖石力學(xué)研究中的重要課題之一，巖石受荷破壞的過(guò)程，實(shí)質(zhì)就是內(nèi)部裂隙產(chǎn)生、擴(kuò)展和貫通的過(guò)程，因此，研究巖石在三軸壓縮作用下內(nèi)部裂隙的損傷演化規(guī)律對(duì)于采礦、水利水電、隧洞及天然地基工程的理論計(jì)算和設(shè)計(jì)工作具有重要意義。

傳統(tǒng)的方法如：聲發(fā)射、電鏡和CT技術(shù)可研究巖石在三軸壓縮作用下的破壞機(jī)制，得到巖石在三軸壓縮作用下內(nèi)部裂紋的擴(kuò)展規(guī)律，但是這些研究主要集中在巖石宏觀特性和力學(xué)參數(shù)等方面，而演示內(nèi)部細(xì)觀裂隙的變化對(duì)巖石的宏觀變形和力學(xué)參數(shù)變化起控制作用。核磁共振技術(shù)能夠在不損傷巖石的情況下測(cè)得弛豫時(shí)間T2譜曲線和孔隙度，為巖石的不同尺寸的裂隙損傷演化規(guī)律研究提供了一種可行的解決途徑。

核磁共振技術(shù)結(jié)合連續(xù)介質(zhì)損傷力學(xué)相關(guān)理論，通過(guò)核磁共振T2譜曲線來(lái)研究巖石內(nèi)部大小不同孔隙在三軸壓縮作用下的數(shù)量和裂隙開度的變化情況，將孔隙度和損傷度結(jié)合起來(lái)分析，建立了孔隙度、軸壓比與損傷度的函數(shù)關(guān)系，其結(jié)果可為大理巖三軸壓縮細(xì)觀損傷研究提供試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

弛豫時(shí)間T2譜分析

巖樣內(nèi)孔隙的數(shù)量和尺寸能夠通過(guò)T2譜曲線直觀的反映出。T2值的大小與孔隙尺寸成正相關(guān)，T2值越大，尺寸越小；T2譜曲線譜面積與孔隙數(shù)量正相關(guān)，譜面積越大，孔隙的數(shù)量就越多；單個(gè)譜峰面積和峰值與相應(yīng)尺寸的孔隙數(shù)量正相關(guān)。

由隨著軸壓的增大，T2譜曲線整體向右擴(kuò)展和移動(dòng)，譜面積不斷增大，表明隨著軸壓的增大，大理巖內(nèi)部孔隙的裂紋開度不斷增大，數(shù)量不斷增多，損傷不斷加劇；當(dāng)軸壓比低于90%時(shí)，隨著軸壓的增大，T2譜T2積不斷增大且增幅越來(lái)越大，但向右擴(kuò)展和移動(dòng)的幅度較小，表明軸壓在低于三軸抗壓強(qiáng)度90%時(shí)，大理巖損傷的加劇主要是內(nèi)部孔隙數(shù)量的不斷增多引起；軸壓比由90%增大至100%，T2譜的面積急劇增大，且向右較大幅度擴(kuò)展和移動(dòng)，表明軸壓大于三軸抗壓強(qiáng)度90%時(shí)，大理巖損傷急劇增加直至破壞是由內(nèi)部裂隙數(shù)量和裂隙開度均急劇增大引起。另外，大開度裂隙的形成也表明，臨近破壞時(shí)巖樣會(huì)形成一定寬度的剪切帶，裂紋沿某個(gè)方向定向擴(kuò)展且形成局部變形，導(dǎo)致貫通裂隙的快速形成，而其他方向裂紋基本不再擴(kuò)展。