不同温度热处理后砂岩三点弯曲的断裂特性

研究不同温度影响后岩石的断裂行为对于岩石物理学具有十分重要的意义。本文通过三点弯曲试验研究了不同温度影响下小尺度砂岩试件的断裂特性，证实温度的影响是明显的。125℃是个临界温度点，此时不仅砂岩的平均断裂韧性达到最大值，而且这时砂岩的裂纹扩展模式也发生了根本性的变化，即低温(低于125℃)热处理后砂岩的断裂以沿颗粒断裂机制为主；而高温(大于125℃)热处理后的砂岩的断裂以破断颗粒和沿颗粒的混合断裂机制为主。在100~150℃的温度范围内，砂岩的力学特性变得不稳定，这可能是由于粘土物质内部部分吸附水及层间水的蒸发使得粘土物质孔隙结构发生了变化及力学行为变得不稳定所造成的。从125℃到600℃，砂岩的断裂韧性整体有下降趋势，有约50%的降幅，这不仅与温度影响了粘土物质与矿物的胶结情况有关，也与高温处理后砂岩表面出现的热开裂有关，还与因矿物颗粒及粘土物质的热学性质差异导致冷却后存在的残余应力相关。