单轴循环加卸载下砂岩型类铀矿岩损伤演化及氡析出规律的试验研究

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作者郭锦涛
来源南华大学
出版年2020
摘要
我国砂岩型铀矿资源较为丰富,但在开发利用上被矿石硬度低、埋藏深度大和渗透性较低等地质条件所限制,通常采取常规地下开采或增渗后再开采,这种地下工程活动常以反复性加卸载的方式改变裂隙岩体所处的应力环境。研究砂岩型类铀矿岩在循环加卸载下损伤演化及氡析出规律,具有重要的理论价值和工程意义。本论文通过室内试验的方法,首先对砂岩型类铀矿岩试样的基本物理力学参数进行测定,再采用不同的循环加卸载方式对试样进行循环加卸载实验,分析了砂岩型类铀矿岩的强度和变形特征、能量演化、声发射特征,最后结合累积氡浓度测量实验,探究了单轴循环加卸载下砂岩型类铀矿岩的损伤程度与氡析出率之间的关系。主要的研究内容及结果如下:(1)在前人研究基础上制备了砂岩型类铀矿岩试样,并对所制备的试样进行了物理力学参数试验,结果显示,其与砂岩原岩的相关力学参数相近,基本满足试验要求,为后续循环加卸载实验提供了基础。(2)研究了在各循环条件下试样的耗散能变化趋势,其中呈增长趋势的是分级循环加卸载,而其它两种循环加卸载均表现为下降趋势。在每一次循环加卸载过后,所产生的振铃计数突变都会与前一次出现突变要相隔一段时间,每次突变后继续加载不会再次出现突变,这种表现同时出现在能量参数上,因此累计能量曲线基本上都呈现阶梯式上升,表现出岩石的Kaiser效应。(3)在累计氡浓度测量试验中,发现原样的氡析出率明显比被加卸载的试样要低,主要是因为后者的微裂隙孔隙因加载而产生了不同程度的扩展,计算结果发现加载后的试样氡析出率约为原样的1.5-1.9倍,而扩散长度和扩散系数均出现一定程度的降低。(4)以耗散能为损伤变量,分析试样损伤与氡析出率之间的关系,发现两者呈现出正相关关系,即氡析出率随损伤的加大而上升,且增加的速度维持恒定,曲线呈现“倒S”型形状,氡析出率的变化存在着两个突变点,突变点之间为氡析出率的“平稳期”。(5)引入预测指标k来描述单轴循环加卸载下砂岩型类铀矿岩损伤演化过程中岩体的破裂情况,初步确定,当以单面的氡析出率为预测变量时,预测指标大于8.9%时,岩体的内部出现破裂,而具体的破裂类型则需要结合工程实际再进行深入研究。

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