【摘要】 利用在线核磁共振技术研究了岩石在三轴压缩条件下的微结构。

岩石破裂特性受试件大小的预先存在的缺陷的微结构特征和几何特征的共同影响[1-3]。

 

吴等人分析了岩石在三轴压缩下的损伤和声发射(AE)前兆特征[4]。杨等人利用X射线微计算机断层扫描(CT)分析了花岗岩试件在不同裂隙角度下的内部损伤机制[5]。

 

大理岩样品被制备并在相同的约束条件下受到不同水平的轴向压缩，相同的约束条件为20 Mpa，然后Yang等人用核磁共振研究了其微观结构[6]。

 

在上述研究中，采用了不同的监测方法来研究岩石在三轴压缩下的微结构和损伤演化机理。但由于监测设备的限制，无法对岩石微观结构进行实时监测。因此，将试件置于10 Mpa的围压下，施加5级轴向压力，并对每一级进行在线核磁共振，以研究其微观结构特征。

 

然而，目前对岩体微观结构的研究还不能实现实时监测。利用在线核磁共振技术研究了岩石在三轴压缩条件下的微结构。将试件置于10 Mpa的围压下，施加5级轴向压力，并在每次轴向压缩后实时进行核磁共振。

 

研究表明：当围压一定时，T2谱分布曲线的峰值随轴向压力的增加而减小。微孔呈抛物线生长，大孔呈四次多项式生长。核磁共振孔隙度可分为三个阶段：初始生长阶段、孔隙压实阶段和稳定孔隙扩张阶段。在孔隙发育初期和稳定扩张阶段，大孔隙膨胀对孔隙度变化起决定性作用，而在孔隙压实阶段，微孔压实起决定性作用。

 

核磁共振图像可以清晰、直观地在线显示样品的微观结构特征。利用核磁共振在线监测技术研究了岩石在三轴压缩条件下的微结构。当轴向压力不变时，T2谱分布曲线的谱峰和谱面积随着轴向压力的增加而减小。

 

随着轴向压力的增加，微孔率先减少后增加，而大孔则先增加后减少最后增加。核磁共振孔隙度与轴向压力的关系类似于√曲线。核磁共振图像可以直观地显示样品内部微孔的特征。

 

[1] X.-P. Zhou, S.-L. Peng, J.-Z. Zhang, F. Berto, Failure characteristics of coarse and fine sandstone containing two parallel fissures subjected to true triaxial stresses, Theoret. Appl. Fract. Mech. 112 (2021) 102932, https://doi.org/10.1016/j.tafmec.2021.102932.

[2] F. Luo, D. Liu, T. Cao, H. Cheng, J. Kuang, Y. Deng, W. Xie, Study on broadband microwave absorbing performance of gradient porous structure, Adv. Compos. Hybrid Mater. 4 (3) (2021) 591–601.

[3] P. Xie, Y. Liu, M. Feng, M. Niu, C. Liu, N. Wu, K. Sui, R.R. Patil, D. Pan, Z. Guo, R.Fan, Hierarchically porous Co/C nanocomposites for ultralight highperformance microwave absorption, Eng. Sci. 4 (1) (2021) 173–185.

[4] Z. Huang, W. Zeng, Y. Wu, et al., Effects of temperature and acid solution on the physical and tensile mechanical properties of red sandstones, Environ. Sci. Pollut. Res. 28 (3) (2021) 1–16.

[5] X.Z. Wu, X.X. Liu, Z.Z. Liang, et al. Experimental study of fractal dimension of AE serials of different rocks under uniaxial compression. Rock and Soil Mechanics, 2012, 33(12):3 561–3569.

[6] S.Q. Yang, Y.H. Huang, An experimental study on deformation and failure mechanical behavior of granite containing a single fissure under different confining pressures, Environ. Earth Sci. 76 (2017) 364.

 

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