微波照射下巖石損傷機理的試驗研究.pdf

1、在隧道施工中，破碎巖石的主要方法有爆破法和機械破巖法。這兩種方法各存在缺點或不足，爆破法對原巖的擾動大，往往造成隧道支護困難；機械破巖法一次投資費用高、遇硬巖時效率低等。為克服這些缺點，需要研究和發展新型的高效破巖方法。研究表明，利用微波對巖石進行照射，可以有效地降低其強度，有利于提高機械破碎的效率，“微波+機械”破巖有望成為一種新型的高效破巖方法。
　　為實現這樣的目標，需要對微波照射下巖石的損傷機理進行研究。本文通過設定不同的

2、巖石含水率、巖石種類、微波照射功率和時間等因素，試驗研究微波照射下巖石損傷機理，通過 CT掃描和抗剪切試驗探究微波照射下巖石損傷演化規律，具體研究內容及成果如下：
　?。?）在理論分析的基礎上，闡述微波照射下巖石的損傷機理，并分析微波照射下影響巖石損傷演化的內部因素。微波照射下巖石的損傷是由巖石中包含吸波物質的一些“熱點”引起的。巖石礦物成分、含水率等因素對微波照射下巖石損傷具有一定程度的影響。在試驗設定的含水率變化范圍內，含水率

3、高的巖石試件，經微波照射后，巖石的損傷變量大，損傷的離散性強。
　?。?）進行不同參數的微波照射巖石試驗，并對巖石抗剪強度的變化進行分析。結果表明：微波照射下由于巖石礦物晶粒的熱膨脹，減弱了晶粒之間的結合力，最終導致巖石抗剪強度降低；大功率、短時間的微波照射，能夠有效地降低巖石的強度。
　?。?）對微波照射后的巖石試件進行 CT掃描，確定相同參數微波照射下，不同巖石的損傷變量，分析礦物成分對微波照射下巖石損傷的影響。結果表明

4、：微波照射下巖石的損傷演化表現出局部化特征。微波照射下花崗巖的損傷主要取決于黑云母、角閃石、磁鐵礦等吸波礦物；玄武巖的損傷主要取決于橄欖石、輝石等吸波礦物。
　?。?）本文的研究表明，利用大功率、短時間的微波照射，可以有效地降低巖石的強度，因此提出微波輔助破巖刀盤及井下微波輔助鉆具的初步設計方案。微波輔助破巖刀盤的設計中，邊滾刀與刀盤的連接方式為液壓支撐連接，邊滾刀兩側安裝微波天線，刀盤在微波照射巖石的情況下對巖石進行切割，可以降