微波照射冻结石英砂岩热融软化特性及损伤机制研究

摘要

冻结岩石的强度和硬度均比常温岩石高数倍,导致冻结岩层的开挖成本高、开挖效率低。提出一种基于微波照射的冻结岩层辅助开挖新思路,该方法的效果不取决于岩石是否含有吸波矿物,适用地层广泛。以不含吸波矿物的石英砂岩为研究对象,探究其在微波作用下的热融软化规律;并基于微波照射前、后试样细观孔隙结构的观测,总结了微波作用下饱和冻结石英砂岩的热融软化机制。研究表明:(1)微波作用下饱和冻结石英砂岩经历了孔隙冰快速融化、融水剧烈汽化和试样干燥3个阶段;(2)微波作用对饱和冻结石英砂岩的强度具有显著的软化效应,饱和冻结砂岩在微波照射至汽化结束阶段,强度下降至冻结状态的1/5;(3)微波照射下饱和冻结石英砂岩的软化主要由汽胀效应和热胀效应2个过程引起,汽胀效应主要造成试样颗粒间孔隙扩展,而热胀效应则造成试样颗粒内部断裂。研究成果为微波照射辅助破碎冻结岩石提供了理论和试验支撑。