含水率对单轴加载砂岩红外辐射特性的影响

doi:10.12422/j.issn.1672-6952.2023.06.010

摘要/Abstract

摘要：

开展4种不同含水率砂岩单轴加载过程中的红外辐射观测试验，通过研究含水砂岩红外辐射信息与应力之间的量化关系，揭示了水对砂岩红外辐射特性的影响。结果表明，随着含水率的增大，砂岩红外异常区的规模越大，红外异常现象越明显；砂岩的红外辐射计数平均值（ $R ˉ I R C$ ）随着应力平均值（ $σ ˉ$ ）的增大而增大，两者存在线性关系；随着含水率的增加， $R ˉ I R C$ 与 $σ ˉ$ 拟合曲线的斜率逐渐增加；砂岩 $R ˉ I R C$ 与含水率在压密阶段和弹性阶段呈中度相关，在塑性阶段和峰后破坏阶段呈高度线性相关（相关系数可达0.96）。

关键词: 砂岩, 红外辐射, 含水率, 单轴加载

Abstract:

The infrared radiation observation experiment were carried out in the uniaxial loading process of four sandstones with different water contents. By studying the quantitative relationship between the infrared radiation information and stress of water?bearing sandstone, the influence of water on the infrared radiation characteristics of sandstone was revealed. The results show that with the increase of water content, the size of sandstone infrared anomaly area was larger, and the infrared anomaly phenomenon was more obvious. The mean value of infrared radiation counts of sandstone increased with the increase of the mean value of stress, and there was a linear relationship between them. After fitting the mean value of infrared radiation counts with the mean value of stress, it is found that the slope increases gradually with the increase of water content. The mean value of infrared radiation counts of sandstone was moderately correlated with water content in compaction and elastic stage, and highly linear correlation in plastic stage and post?peak failure stage (correlation coefficient up to 0.96).

Key words: Sandstones, Infrared radiation, Water content, Uniaxial loading

中图分类号:

TD315

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图/表 8

图1 砂岩试样照片

图2 含水砂岩的红外辐射观测系统

图3 含水砂岩的RIRC?应变曲线与应力?应变曲线

图4 含水砂岩破裂时的红外热像分布特征（a） A?4 （b） B?3 （c） C?1 （d） D?1

表1 含水砂岩不同加载阶段的RˉIRC和σˉ

砂岩编号	含水率/%	$R ¯ I R C$				$σ ¯$
砂岩编号	含水率/%	压密阶段	弹性阶段	塑性阶段	破坏阶段	压密阶段	弹性阶段	塑性阶段	破坏阶段
A⁃1	0	0.4	0.6	1.1	3.7	5.58	22.68	44.18	49.29
A⁃2	0	0.5	0.4	0.4	2.3	5.19	13.27	21.82	26.64
A⁃3	0	0.2	0.5	0.7	7.1	6.52	32.74	77.20	109.15
平均值	0	0.4	0.5	0.7	4.4	5.76	22.90	47.73	61.69
B⁃1	0.5	0.4	1.1	1.3	11.8	4.87	23.82	40.50	57.52
B⁃2	0.5	0.3	0.4	1.4	10.7	5.67	27.27	45.60	60.54
B⁃3	0.5	0.5	0.8	1.6	2.1	5.03	13.86	47.97	58.22
平均值	0.5	0.4	0.8	1.4	8.2	5.19	21.65	44.69	58.76
C⁃1	1.5	0.6	1.5	1.8	25.8	5.77	22.34	40.06	49.52
C⁃2	1.5	0.8	1.7	2.2	15.9	4.57	25.35	45.31	50.13
C⁃3	1.5	0.9	1.7	2.4	26.7	4.12	34.95	44.35	52.00
平均值	1.5	0.8	1.6	2.1	22.8	4.82	18.97	43.24	50.55
D⁃1	2.5	1.3	3.6	3.7	30.8	5.58	19.69	40.17	43.51
D⁃2	2.5	0.6	1.2	3.1	35.1	5.19	16.44	35.15	40.44
D⁃3	2.5	0.4	0.8	3.6	31.3	6.52	16.80	52.04	58.92
平均值	2.5	0.8	1.9	3.5	32.4	5.76	17.64	42.45	47.62
总平均值		0.6	1.2	1.9	17.0	4.87	22.43	44.53	54.66

表1 含水砂岩不同加载阶段的RˉIRC和σˉ

砂岩编号	含水率/%	$R ¯ I R C$				$σ ¯$
砂岩编号	含水率/%	压密阶段	弹性阶段	塑性阶段	破坏阶段	压密阶段	弹性阶段	塑性阶段	破坏阶段
A⁃1	0	0.4	0.6	1.1	3.7	5.58	22.68	44.18	49.29
A⁃2	0	0.5	0.4	0.4	2.3	5.19	13.27	21.82	26.64
A⁃3	0	0.2	0.5	0.7	7.1	6.52	32.74	77.20	109.15
平均值	0	0.4	0.5	0.7	4.4	5.76	22.90	47.73	61.69
B⁃1	0.5	0.4	1.1	1.3	11.8	4.87	23.82	40.50	57.52
B⁃2	0.5	0.3	0.4	1.4	10.7	5.67	27.27	45.60	60.54
B⁃3	0.5	0.5	0.8	1.6	2.1	5.03	13.86	47.97	58.22
平均值	0.5	0.4	0.8	1.4	8.2	5.19	21.65	44.69	58.76
C⁃1	1.5	0.6	1.5	1.8	25.8	5.77	22.34	40.06	49.52
C⁃2	1.5	0.8	1.7	2.2	15.9	4.57	25.35	45.31	50.13
C⁃3	1.5	0.9	1.7	2.4	26.7	4.12	34.95	44.35	52.00
平均值	1.5	0.8	1.6	2.1	22.8	4.82	18.97	43.24	50.55
D⁃1	2.5	1.3	3.6	3.7	30.8	5.58	19.69	40.17	43.51
D⁃2	2.5	0.6	1.2	3.1	35.1	5.19	16.44	35.15	40.44
D⁃3	2.5	0.4	0.8	3.6	31.3	6.52	16.80	52.04	58.92
平均值	2.5	0.8	1.9	3.5	32.4	5.76	17.64	42.45	47.62
总平均值		0.6	1.2	1.9	17.0	4.87	22.43	44.53	54.66

表2 砂岩岩样的RˉIRC与σˉ的皮尔逊相关系数

岩样编号	皮尔逊相关系数
A⁃1	0.76
A⁃2	0.67
A⁃3	0.81
平均值	0.75
B⁃1	0.81
B⁃2	0.78
B⁃3	0.99
平均值	0.86
C⁃1	0.72
C⁃2	0.66
C⁃3	0.61
平均值	0.70
D⁃1	0.66
D⁃2	0.69
D⁃3	0.71
平均值	0.69
总平均值	0.74

表3 砂岩岩样的RˉIRC与σˉ拟合直线的斜率

岩样编号	k
A⁃1	0.06
A⁃2	0.07
A⁃3	0.06
平均值	0.06
B⁃1	0.19
B⁃2	0.17
B⁃3	0.03
平均值	0.13
C⁃1	0.46
C⁃2	0.23
C⁃3	0.37
平均值	0.35
D⁃1	0.55
D⁃2	0.68
D⁃3	0.39
平均值	0.54
总平均值	0.27

图5 砂岩在不同损伤演化阶段内的RˉIRC与含水率的拟合曲线

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