·150. 工程科学学报，第40卷，第2期 a 图7饱和岩石试样孔隙成像.(a)b-1:(b)b-2:(c)b-3:(d)b-4 Fig.7 Pore images of saturated rock samples:(a)b-1;(b)b-2;(c)b-3;(d)b-4 从图5~图7中可以看出，在不同冲击能量作 关系 用下，岩石内部白色斑点分布较均匀，仅在试样表面 (3)通过对岩石的核磁共振试验，得到了岩石 有条带状白色斑点出现.这说明岩石试样内部没有 孔隙的T,谱曲线.对比试验前后曲线形状的变化可 出现明显的裂隙，孔隙分布以及孔隙变化较均匀. 以看出，曲线在冲击后有明显右移的现象，说明冲击 岩石表面的条带状白色斑点的出现，主要是由于在 导致了小孔隙闭合大孔隙增加.由此可见，岩石在 孔隙压力作用下，岩石试样内部水分溢出并聚集在 动荷载作用下孔隙尺寸变大，孔隙数量增加 试样表面所致. (4)核磁成像更明确地体现了孔隙的变化.从 在0.35和0.4MPa的冲击气压作用下，不同含 成像中可以看出，随着冲击能量的增加，代表孔隙的 水状态的岩石试样内部白色斑点均较少，亮度也较 白色斑点数量及亮度增加，说明岩石内部裂隙在冲 低.当冲击气压增加至0.5MPa时，岩石内部白色 击后发生了质和量的变化.但由于对岩石的冲击能 斑点呈现出明显的数量增加以及亮度增加的现象. 量较小，并没有使试样产生明显可见的破坏 由此可见当冲击能量较小时，岩石内部孔隙变化不 参考文献 大，岩石完整性较好.而随着冲击能量的增加，岩石 [1]Xie H P,Chen Z H.Rock Mechanics.Beijing:Science Press 孔隙尺寸增大、数量增加，岩石的损伤增大.当冲击 2014 能量增加到一定程度后，岩石内部孔隙会出现破坏、 (谢和平，陈忠辉.岩石力学.北京：科学出版社，2004) 贯通现象，损伤则变得较为严重 [2]Gao WX,Hu J B,Liu Y T,et al.Experimental study on damage 当冲击气压相同时，从图5~图7可以看出，试 properties of rock under dynamic loading.Beijing Unir Technol, 样的白色斑点随着含水量的增加而增多，且亮度也 2001,27(1):108 (高文学，胡江碧，刘运通，等.岩石动态损伤特性的实验研 增加.特别是当冲击气压为0.5MPa时，饱和岩石 究.北京工业大学学报2001,27(1)：108) 芯样孔隙成像的白色斑点具有明显的数量多、亮度 [3]Kawakata H,Cho A,KiyamaT,et al.Three-dimensional observa- 大的特征.由此说明含水量大的岩石试样强度较 tions of faulting process in Westerly granite under uniaxial and tri- 低，在受到冲击之后，岩石内部孔隙的增加量较大， axial conditions by X-ray CT scan.Tectonophysics,1999.313 岩石破坏较严重 (3):293 [4]Ge X R,Ren J X,Pu Y B,et al.A real-in-time CT'triaxial tes- 4结论 ting study of meso-damage evolution law of coal.Chin J Rock Mech Enmg,1999,18(5):497 (1)对干燥、半饱和、饱和三种状态砂岩试样进 (葛修润，任建喜，蒲毅彬，等.煤岩三轴细观损伤演化规律 行冲击试验，从结果可以看出，随着冲击能量的增 的CT动态试验.岩石力学与工程学报，1999,18(5)：497) 加，岩石的平均应变率和抗压强度均有不同程度的 [5]Zhou K P.Hu Z X,Li JL,et al.Study of marble damage evolu- tion laws under unloading conditions based on nuclear magnetic 增加.但由于含水岩石较软，其抵抗变形的能量较 resonance technique.Chin J Rock Mech Eng,2014,33(Suppl 低，因此出现了在相同冲击能量下，随着岩石含水量 2):3523 的增加其平均应变率增大而强度降低的现象 (周科平，胡振襄，李杰林，等.基于核磁共振技术的大理岩 (2)对比岩石冲击前后孔隙的变化，三种不同 卸荷损伤演化规律研究.岩石力学与工程学报，2014,33（增 刊2)：3523) 含水状态的岩石在冲击后孔隙度均有不同程度的增 [6]Zhou K P,Hu Z X,Gao F,et al.Study of marble damage laws 加.岩石的孔隙度变化率随着冲击能量的增加而增 under triaxial compression condition based on nuclear magnetic 加，并且通过拟合曲线可以看出，二者呈二次多项式 resonance technique.Rock Soil Mech,2014,35(11):3117工程科学学报,第 40 卷,第 2 期 图 7 饱和岩石试样孔隙成像 郾 (a) b鄄鄄1; (b) b鄄鄄2; (c) b鄄鄄3; (d) b鄄鄄4 Fig. 7 Pore images of saturated rock samples: (a) b鄄鄄1; (b) b鄄鄄2; (c) b鄄鄄3; (d) b鄄鄄4 从图 5 ~ 图 7 中可以看出,在不同冲击能量作 用下,岩石内部白色斑点分布较均匀,仅在试样表面 有条带状白色斑点出现. 这说明岩石试样内部没有 出现明显的裂隙,孔隙分布以及孔隙变化较均匀. 岩石表面的条带状白色斑点的出现,主要是由于在 孔隙压力作用下,岩石试样内部水分溢出并聚集在 试样表面所致. 在 0郾 35 和 0郾 4 MPa 的冲击气压作用下,不同含 水状态的岩石试样内部白色斑点均较少,亮度也较 低. 当冲击气压增加至 0郾 5 MPa 时,岩石内部白色 斑点呈现出明显的数量增加以及亮度增加的现象. 由此可见当冲击能量较小时,岩石内部孔隙变化不 大,岩石完整性较好. 而随着冲击能量的增加,岩石 孔隙尺寸增大、数量增加,岩石的损伤增大. 当冲击 能量增加到一定程度后,岩石内部孔隙会出现破坏、 贯通现象,损伤则变得较为严重. 当冲击气压相同时,从图 5 ~ 图 7 可以看出,试 样的白色斑点随着含水量的增加而增多,且亮度也 增加. 特别是当冲击气压为 0郾 5 MPa 时,饱和岩石 芯样孔隙成像的白色斑点具有明显的数量多、亮度 大的特征. 由此说明含水量大的岩石试样强度较 低,在受到冲击之后,岩石内部孔隙的增加量较大, 岩石破坏较严重. 4 结论 (1)对干燥、半饱和、饱和三种状态砂岩试样进 行冲击试验,从结果可以看出,随着冲击能量的增 加,岩石的平均应变率和抗压强度均有不同程度的 增加. 但由于含水岩石较软,其抵抗变形的能量较 低,因此出现了在相同冲击能量下,随着岩石含水量 的增加其平均应变率增大而强度降低的现象. (2)对比岩石冲击前后孔隙的变化,三种不同 含水状态的岩石在冲击后孔隙度均有不同程度的增 加. 岩石的孔隙度变化率随着冲击能量的增加而增 加,并且通过拟合曲线可以看出,二者呈二次多项式 关系. (3)通过对岩石的核磁共振试验,得到了岩石 孔隙的 T2谱曲线. 对比试验前后曲线形状的变化可 以看出,曲线在冲击后有明显右移的现象,说明冲击 导致了小孔隙闭合大孔隙增加. 由此可见,岩石在 动荷载作用下孔隙尺寸变大,孔隙数量增加. (4)核磁成像更明确地体现了孔隙的变化. 从 成像中可以看出,随着冲击能量的增加,代表孔隙的 白色斑点数量及亮度增加,说明岩石内部裂隙在冲 击后发生了质和量的变化. 但由于对岩石的冲击能 量较小,并没有使试样产生明显可见的破坏. 参 考 文 献 [1] Xie H P, Chen Z H. Rock Mechanics. Beijing: Science Press, 2014 (谢和平, 陈忠辉. 岩石力学. 北京: 科学出版社, 2004) [2] Gao W X, Hu J B, Liu Y T, et al. Experimental study on damage properties of rock under dynamic loading. J Beijing Univ Technol, 2001, 27(1): 108 (高文学, 胡江碧, 刘运通, 等. 岩石动态损伤特性的实验研 究. 北京工业大学学报, 2001, 27(1): 108) [3] Kawakata H, Cho A, Kiyama T, et al. Three鄄dimensional observa鄄 tions of faulting process in Westerly granite under uniaxial and tri鄄 axial conditions by X鄄ray CT scan. Tectonophysics, 1999, 313 (3): 293 [4] Ge X R, Ren J X, Pu Y B, et al. A real鄄in鄄time CT triaxial tes鄄 ting study of meso鄄damage evolution law of coal. Chin J Rock Mech Eng, 1999, 18(5): 497 (葛修润, 任建喜, 蒲毅彬, 等. 煤岩三轴细观损伤演化规律 的 CT 动态试验. 岩石力学与工程学报, 1999, 18(5): 497) [5] Zhou K P, Hu Z X, Li J L, et al. Study of marble damage evolu鄄 tion laws under unloading conditions based on nuclear magnetic resonance technique. Chin J Rock Mech Eng, 2014, 33 ( Suppl 2): 3523 (周科平, 胡振襄, 李杰林, 等. 基于核磁共振技术的大理岩 卸荷损伤演化规律研究. 岩石力学与工程学报, 2014, 33(增 刊 2): 3523) [6] Zhou K P, Hu Z X, Gao F, et al. Study of marble damage laws under triaxial compression condition based on nuclear magnetic resonance technique. Rock Soil Mech, 2014, 35(11): 3117 ·150·