工程科学学报.第44卷.第1期：26-38.2022年1月 Chinese Journal of Engineering,Vol.44,No.1:26-38,January 2022 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2021.07.26.001;http://cje.ustb.edu.cn 温度对不同尺寸砂岩巴西劈裂特性影响 孙浩2)，苏楠2)，金爱兵12四，陈帅军12)，韦立昌2，徐浩淳2) 1)北京科技大学金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室.北京1000832)北京科技大学土木与资源工程学院，北京100083 ☒通信作者，E-mail:jinaibing@ustb.edu.cn 摘要为研究高温与尺寸效应耦合作用下的砂岩巴西劈裂特性，分别对经过25、200、400、600、800和1000℃高温处理后 的标准砂岩试件进行巴西劈裂室内试验，并基于颗粒流软件开展不同尺寸高温砂岩巴西劈裂数值模拟，研究砂岩巴西劈裂强 度及其劣化规律、孔隙率增加相对于裂纹扩展贯通的滞后性规律.研究结果表明：(1)在25~1000℃的温度范围和50-100mm 的直径范围内，温度与尺寸效应对砂岩巴西劈裂强度均有显著影响，且尺寸效应影响程度更大.在加热过程中，由于岩石内 部首先发生热膨胀，然后在热应力作用下产生损伤，因此砂岩劈裂强度先有所增大，在400℃之后持续降低，劈裂强度下降 约34.66%~35.10%：随着尺寸增大，岩石内部积聚的能量释放产生大量微裂隙，导致砂岩试样劈裂强度降低，下降约 55.61%~56.99%.(2)砂岩巴西劈裂强度劣化幅值与其直径之间满足负指数函数关系，可用于预测不同尺寸高温砂岩的巴西 劈裂强度.(3)砂岩在巴西劈裂过程中的孔隙率增加相对于裂隙扩展贯通滞后的荷载差值随温度升高以及尺寸增大而增大： 考虑两因素的耦合作用，尺寸效应对荷载差值的影响程度随温度的升高而降低，温度对荷载差值的影响程度随砂岩尺寸的增 大而降低.研究成果对火灾后顶板维护，初步预测顶板强度具有一定参考意义，也可为核废料处理、地热资源开发和深井工 程等涉及高温和尺寸变化的岩体工程设计提供有益参考， 关键词砂岩：高温：尺寸效应；巴西劈裂特性：颗粒流模拟 分类号TU458 Effects of temperature on Brazilian splitting characteristics of sandstone with different sizes SUN Hao2).SU Nan2,JIN Ai-bing2.CHEN Shuai-jun 2),WEI Li-chang2,XU Hao-chun2 1)Key Laboratory of High Efficient Mining and Safety of Metal Mines(Ministry of Education),University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 2)School of Civil and Resource Engineering,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China Corresponding author,E-mail:jinaibing@ustb.edu.cn ABSTRACT To study the Brazilian splitting characteristics of sandstone under the coupling effect of high temperature and sandstone's size,Brazilian splitting laboratory tests were carried out on standard sandstone specimens treated at 25,200,400,600,800,and 1000C, respectively.A Brazilian splitting numerical simulation of sandstone with different sizes under high temperature was carried out based on particle flow software to study the Brazilian splitting strength and deterioration law of sandstone.In addition,the hysteresis law of porosity rise relative to the crack propagation and penetration was also investigated.Results are as follows:(1)In the temperature range of 25-1000 C and in the diameter range of 50-100 mm,the temperature and size significantly affect the Brazilian splitting strength of sandstone,with size having a greater influence.During the heating process,due to the initial thermal expansion in the rock and 收稿日期：2021-07-26 基金项目：国家自然科学基金资助项目(52174106.52004017)：中国博士后科学基金资助项目(2020M670138):中央高校基本科研业务费专 项资金资助项目(FRF-TP.19-026A1,FRF-IDRY-20-021)温度对不同尺寸砂岩巴西劈裂特性影响 孙    浩1,2)，苏    楠1,2)，金爱兵1,2) 苣，陈帅军1,2)，韦立昌1,2)，徐浩淳1,2) 1) 北京科技大学金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室，北京 100083    2) 北京科技大学土木与资源工程学院，北京 100083 苣通信作者， E-mail: jinaibing@ustb.edu.cn 摘    要    为研究高温与尺寸效应耦合作用下的砂岩巴西劈裂特性，分别对经过 25、200、400、600、800 和 1000 ℃ 高温处理后 的标准砂岩试件进行巴西劈裂室内试验，并基于颗粒流软件开展不同尺寸高温砂岩巴西劈裂数值模拟，研究砂岩巴西劈裂强 度及其劣化规律、孔隙率增加相对于裂纹扩展贯通的滞后性规律. 研究结果表明：（1）在 25～1000 ℃ 的温度范围和 50～100 mm 的直径范围内，温度与尺寸效应对砂岩巴西劈裂强度均有显著影响，且尺寸效应影响程度更大. 在加热过程中，由于岩石内 部首先发生热膨胀，然后在热应力作用下产生损伤，因此砂岩劈裂强度先有所增大，在 400 ℃ 之后持续降低，劈裂强度下降 约 34.66%～35.10%；随着尺寸增大，岩石内部积聚的能量释放产生大量微裂隙，导致砂岩试样劈裂强度降低，下降约 55.61%～56.99%. （2）砂岩巴西劈裂强度劣化幅值与其直径之间满足负指数函数关系，可用于预测不同尺寸高温砂岩的巴西 劈裂强度. （3）砂岩在巴西劈裂过程中的孔隙率增加相对于裂隙扩展贯通滞后的荷载差值随温度升高以及尺寸增大而增大； 考虑两因素的耦合作用，尺寸效应对荷载差值的影响程度随温度的升高而降低，温度对荷载差值的影响程度随砂岩尺寸的增 大而降低. 研究成果对火灾后顶板维护，初步预测顶板强度具有一定参考意义，也可为核废料处理、地热资源开发和深井工 程等涉及高温和尺寸变化的岩体工程设计提供有益参考. 关键词    砂岩；高温；尺寸效应；巴西劈裂特性；颗粒流模拟 分类号    TU458 Effects of temperature on Brazilian splitting characteristics of sandstone with different sizes SUN Hao1,2) ，SU Nan1,2) ，JIN Ai-bing1,2) 苣 ，CHEN Shuai-jun1,2) ，WEI Li-chang1,2) ，XU Hao-chun1,2) 1) Key Laboratory of High Efficient Mining and Safety of Metal Mines (Ministry of Education), University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China 2) School of Civil and Resource Engineering, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China 苣 Corresponding author, E-mail: jinaibing@ustb.edu.cn ABSTRACT    To study the Brazilian splitting characteristics of sandstone under the coupling effect of high temperature and sandstone’s size, Brazilian splitting laboratory tests were carried out on standard sandstone specimens treated at 25, 200, 400, 600, 800, and 1000 ℃, respectively. A Brazilian splitting numerical simulation of sandstone with different sizes under high temperature was carried out based on particle flow software to study the Brazilian splitting strength and deterioration law of sandstone. In addition, the hysteresis law of porosity rise relative to the crack propagation and penetration was also investigated. Results are as follows: (1) In the temperature range of 25−1000 ℃ and in the diameter range of 50–100 mm, the temperature and size significantly affect the Brazilian splitting strength of sandstone,  with  size  having  a  greater  influence.  During  the  heating  process,  due  to  the  initial  thermal  expansion  in  the  rock  and 收稿日期: 2021−07−26 基金项目: 国家自然科学基金资助项目（52174106，52004017）；中国博士后科学基金资助项目（2020M670138）；中央高校基本科研业务费专 项资金资助项目（FRF-TP-19-026A1，FRF-IDRY-20-021） 工程科学学报，第 44 卷，第 1 期：26−38，2022 年 1 月 Chinese Journal of Engineering, Vol. 44, No. 1: 26−38, January 2022 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2021.07.26.001; http://cje.ustb.edu.cn