单轴压力条件下花岗岩导热特性研究.pdf

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1、煤炭工程第４８卷第９期ＣＯＡＬＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧＶｏｌ．４８，Ｎｏ．９ｄｏｉ：１０．１１７９９／ｃｅ２０１６０９０３３单轴压力条件下花岗岩导热特性研究陈振鸣，武旭，陈飞，王宏伟，孙大圣（北京科技大学土木与环境工程学院，北京１０００８３）摘要：基于ＴＡＷ－２０００微机控制电液伺服岩石三轴试验机和ＨｏｔＤｉｓｋＴｈｅｒｍａｌＣｏｎｓｔａｎｔｓＡｎａｌｙｓｅｒ，通过单轴压缩试验，获得了花岗岩在０～４５ＭＰａ时的热传导系数的变化规律。试验结果表明，其热传导系数随轴向应力的增加而呈非线性增大的趋势。此外，在单轴应力增加的过程中，孔隙率越大的岩石热传导系数增加的越快，并通过数据

2、拟合及分析建立了考虑岩石孔隙率为影响因素的花岗岩应力－导热系数关系预测模型。这便于在给定的应力范围内可以很好的预测花岗岩的热传导系数。关键词：单轴压缩；热传导系数；花岗岩；孔隙率中图分类号：ＴＤ３１３文献标识码：Ａ文章编号：１６７１－０９５９（２０１６）０９-０１１３-０４ＲｅｓｅａｒｃｈｏｆｔｈｅｒｍａｌｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｇｒａｎｉｔｅｕｎｄｅｒｕｎｉａｘｉａｌｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎＣＨＥＮＺｈｅｎ－ｍｉｎｇ，ＷＵＸｕ，ＣＨＥＮＦｅｉ，ＷＡＮＧＨｏｎｇ－ｗｅｉ，ＳＵＮＤａ－ｓｈｅｎｇ（ＳｃｈｏｏｌｏｆＣｉｖｉｌａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍ

3、ｅｎｔＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＢｅｉｊｉｎｇ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８３，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＢａｓｅｄｏｎＴＡＷ－２０００ｅｌｅｃｔｒｏｈｙｄｒａｕｌｉｃｓｅｒｖｅｒｏｃｋｔｒｉａｘｉａｌｔｅｓｔｍａｃｈｉｎｅａｎｄＨｏｔＤｉｓｋＴｈｅｒｍａｌＣｏｎｓｔａｎｔｓＡｎａｌｙｚｅｒ，ｔｈｅｖａｒｉａｔｉｏｎｌａｗｏｆｈｅａｔｔｒａｎｓｆｅｒｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｏｆｇｒａｎｉｔｅｉｎ０ｔｏ４５ＭＰａｗａｓｏｂｔａｉｎｅｄｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｕｎｉａｘｉａｌｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎｔｅｓｔ．Ｅｘｐｅｒｉ

4、ｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｈｅａｔｔｒａｎｓｆｅｒｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｉｎｃｒｅａｓｅｓｉｎｎｏｎｌｉｎｅａｒｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆａｘｉａｌｓｔｒｅｓｓ．Ｉｎａｄｄｉｔｉｏｎ，ｔｈｅｈｉｇｈｅｒｔｈｅｓｐｅｃｉｍｅｎｐｏｒｏｓｉｔｙ，ｔｈｅｍｏｒｅｒａｐｉｄｌｙｔｈｅｈｅａｔｔｒａｎｓｆｅｒｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｉｎｃｒｅａｓｅｓｉｎｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｏｆｕｎｉａｘｉａｌｓｔｒｅｓｓｉｎｃｒｅａｓｅ，ｏｎｔｈｅｂａｓｉｓｏｆｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌａｎａｌｙｓｉｓｏｆｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｄａｔａ，ｗｅｃｒｅａｔｅａｐｒｅｄｉｃｔ

5、ｉｖｅｍｏｄｅｌｏｆｓｔｒｅｓｓ－ｔｈｅｒｍａｌｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｗｈｉｃｈｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇｔｈｅｐｏｒｏｓｉｔｙｏｆｒｏｃｋ．Ｔｈｅｍｏｄｅｌｉｓｖｅｒｙｆｅａｓｉｂｌｅａｎｄｃｏｎｖｅｎｉｅｎｔｆｏｒｔｈｅｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎｏｆｈｅａｔｔｒａｎｓｆｅｒｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｉｎａｇｉｖｅｎｒａｎｇｅｏｆｓｔｒｅｓｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｕｎｉａｘｉａｌｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ；ｈｅａｔ－ｔｒａｎｓｆｅｒｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ；ｇｒａｎｉｔｅ；ｐｏｒｏｓｉｔｙ［５］由于煤矿井下机械化程度和生产强度日益提高，矿井化对其热传导系数的影响就

6、越大。赵永信等（１９９５）在研开采深度逐步增加，使矿井内气温不断升高，形成热害，究压力对岩石热传导系数影响时发现，当岩石受到的单轴危及职工的身体健康，也影响安全生产。大量统计资料说压力从０增加至２２ＭＰａ时，压力与热传导系数基本呈线性明，这主要是地球内部的热量通过岩层向井巷中空气传递关系即压力每增加１ＭＰａ时，钙质粉砂岩的热传导系数增的结果。热传导系数λ表征其主要以传导方式传递热量。加大约１．６７％。而Ｃｌａｕｓｅｒ等（１９９５）在研究砂岩应力条件下岩石热传导系数的大小除了受到温度，含水量及各矿物成热传导特性变化规律时发现，砂岩的热传导系数在１５ＭＰａ［６］分含量的影响

7、，还跟岩石受到的压力有很大的影响。一般压力下比地面较低的压力条件下增加了大约１５％～２０％。来说，岩石的热传导系数越大其导热性能就越好，反之绝李继山等（２００９）在研究油藏岩石热传导系数的测试时发现，［１－３］与在０．１ＭＰａ应力条件下的测试结果相比，岩石在１２．０ＭＰａ缘效果越好。压力对花岗岩的热传导系数有相当大的影响。沈显杰的应力条件下的热传导系数均有提高，而当岩石吸水饱和［４］等（１９８９）指出一般情况下岩石的热传导系数随着压力不后增加压力引起的热传导系数的增加比干燥的岩石受压引断增加而逐渐增高，相比之下结构越疏松的岩石，压力变起的