深部地热资源开发与高放核废料处置库围岩稳定性评估中,高温及循环热冲击引起的岩石力学性能劣化是工程安全的核心挑战。本研究以北山花岗岩为研究对象,针对高温及循环热冲击作用下岩石力学特性劣化及其工程响应机制这一关键科学问题,采用试验研究方法和核磁共振(NMR)孔隙成像、数字图像相关(DIC)技术和声发射(AE)技术,对花岗岩在不同温度下的力学性能进行了深入研究,揭示了花岗岩宏-微观损伤演化机理。主要研究成果如下: (1)建立了花岗岩力学性能的温度敏感性阈值。试验表明600℃为力学劣化临界温度阈值:低于600℃时损伤主控因素为冷却速率差异,高于600℃后石英α-β相变引发的体积膨胀主导损伤过程,800℃时单轴抗压强度降至原始值的10%以下,抗拉强度劣化为0.42 MPa。 (2)阐明了高温-冷却协同作用下的孔隙演化规律。基于NMR T?谱与分层成像的孔隙结构表征发现:低温阶段(<600℃)以微孔为主,水冷试样微裂隙开始发育;高温阶段(≥600℃)水冷试样孔隙度急剧增加,800℃时岩石结构整体劣化。冷却方式显著影响孔隙分布特征,水冷试样呈现"表层裂隙-内部贯通"层状分异,空冷/炉冷试样孔隙分布趋于均匀化。 (3)揭示了循环热冲击损伤累积效应。声发射监测表明:随热冲击次数增加,岩石内部破裂事件呈现阶段性增长,热应力疲劳导致微裂纹持续缓慢扩展,形成渐进式损伤累积机制,最终引起强度持续衰减。 (4)探明了温度-冷却耦合作用的裂纹演化模式。RA-AF参数分析显示:低温阶段(<600℃)拉伸裂纹占主导地位,高温阶段(≥600℃)拉-剪复合裂纹比例激增。冷却方式显著影响裂纹类型,水冷试样因热冲击抑制剪切滑移保持93%以上拉伸主导,而空冷/炉冷试样剪切裂纹占比随温度升高显著提升。 (5)针对高温热冲击作用下的花岗岩损伤劣化机理,本研究构建了包含波速、弹性模量、孔隙率及能量参数的多尺度损伤模型,揭示了冷却速率对损伤演化的主导作用。实验表明:水冷在200-600℃区间引发剧烈热冲击损伤,空冷通过热应力缓释使抗拉强度损伤降低38%;循环热冲击导致累积损伤效应,800℃时空冷孔隙率损伤系数较单次处理提升62%。研究成果可为深地工程围岩稳定性控制、地热资源开发中的储层改造提供关键技术参数,对保障高温岩体工程长期安全性具有重要指导意义。