激光照射花岗岩热裂规律及力学性质试验研究

摘要

硬岩隧道掘进慢、成本高是传统机械破岩难以突破的瓶颈,亟需新型高效破岩技术.激光辅助破岩是一种非接触式破岩方法,激光功率、离焦距离和照射时间是影响破岩的重要参数.采用标准圆柱花岗岩试样进行了不同激光照射参数下的破岩试验,研究了温度、比能、热裂效能、强度、组分和裂隙等变化规律.结果表明,激光照射引起岩样表面温度骤升,且温度沿径向迅速衰减,光束附近岩石表面温度梯度高达1200℃/mm.激光照射岩石的射孔速率为0.1~0.7 mm/s,比能为38~151 kJ/cm^(3),热裂效能为459~2680 J/cm^(3).激光照射后岩样抗压强度最大降幅达69%,且岩样组分、矿物胶结及微观结构均发生显著变化,岩样内部裂隙发育、连通性好.激光辅助破岩有助于提高硬岩隧道的掘进效率.