温度和压强对花岗岩中矿物微观物理力学特性的影响

岩石工程性质取决于岩石中不同矿物的微观特征，本次研究将从微观角度计算北山花岗岩中主要矿物（石英、黑云母和钠长石）的物理性质和力学性质。矿物的微观物理性质使用体积和密度来表征，矿物的微观力学性质使用杨氏模量和泊松比来表征；矿物的初始晶体结构、初始晶胞参数、单晶胞模型和超晶胞模型使用公开数据库获得；矿物晶胞的稳定构象由几何优化方法来实现；使用分子力学模拟，得到了不同矿物稳定构象的微观物理性质参数和微观力学性质参数；使用分子动力学模拟，分析了温度和压强对这些微观物理力学性质参数的影响。结果表明，花岗岩的3种主要矿物中，晶胞体积大小顺序是钠长石、黑云母、石英，晶胞密度大小顺序是黑云母、石英、钠长石；石英的杨氏模量为161.70~168.78GPa、泊松比为0.25，黑云母的杨氏模量为164.85~579.93GPa、泊松比为0.16~0.31，钠长石的杨氏模量为110.72~112.49GPa、泊松比为0.27；压强为0.0001GPa、温度从300K变化到500K时，石英晶胞体积增大0.17%、密度减小0.15%、杨氏模量和泊松比没有明显变化，黑云母晶胞体积增大0.24%、密度减小0.26%、杨氏模量增大140.55%、泊松比减小26.92%，钠长石晶胞体积减小3.76%、密度增大3.91%、杨氏模量增大319.71%、泊松比减小7.41%；温度为298K、压强从0.010GPa变化到0.020GPa时，石英晶胞体积、密度、杨氏模量和泊松比没有明显变化，黑云母晶胞体积和密度没有明显变化、杨氏模量增大53.79%、泊松比减小23.81%，钠长石晶胞体积和密度没有明显变化、杨氏模量减小36.24%、泊松比增大29.41%。研究结果对分析岩石宏观物理力学特性的微观机制具有一定的参考价值