工程地质学报
     首页 |  期刊简介 |  编委会 |  投稿指南 |  期刊订阅 |  留言板 |  联系我们 |  广告合作 |  会议信息 |  English
工程地质学报  2017, Vol. 25 Issue (6): 1474-1481    DOI: 10.13544/j.cnki.jeg.2017.06.010
工程地质力学 最新目录 | 下期目录 | 过刊浏览 | 高级检索  |   
温度和压强对花岗岩中矿物微观物理力学特性的影响
陈陶, 徐金明
上海大学土木工程系 上海 200444
EFFECTS OF TEMPERATURE AND PRESSURE ON MICROSCOPIC PHYSICAL AND MECHANICAL FEATURES OF MINERALS IN GRANITE
CHEN Tao, XU Jinming
Department of Civil Engineering, Shanghai University, Shanghai 200444
 全文: PDF (957 KB)   HTML( )   输出: BibTeX | EndNote (RIS)      背景资料
摘要 岩石工程性质取决于岩石中不同矿物的微观特征,本次研究将从微观角度计算北山花岗岩中主要矿物(石英、黑云母和钠长石)的物理性质和力学性质。矿物的微观物理性质使用体积和密度来表征,矿物的微观力学性质使用杨氏模量和泊松比来表征;矿物的初始晶体结构、初始晶胞参数、单晶胞模型和超晶胞模型使用公开数据库获得;矿物晶胞的稳定构象由几何优化方法来实现;使用分子力学模拟,得到了不同矿物稳定构象的微观物理性质参数和微观力学性质参数;使用分子动力学模拟,分析了温度和压强对这些微观物理力学性质参数的影响。结果表明,花岗岩的3种主要矿物中,晶胞体积大小顺序是钠长石、黑云母、石英,晶胞密度大小顺序是黑云母、石英、钠长石;石英的杨氏模量为161.70~168.78GPa、泊松比为0.25,黑云母的杨氏模量为164.85~579.93GPa、泊松比为0.16~0.31,钠长石的杨氏模量为110.72~112.49GPa、泊松比为0.27;压强为0.0001GPa、温度从300K变化到500K时,石英晶胞体积增大0.17%、密度减小0.15%、杨氏模量和泊松比没有明显变化,黑云母晶胞体积增大0.24%、密度减小0.26%、杨氏模量增大140.55%、泊松比减小26.92%,钠长石晶胞体积减小3.76%、密度增大3.91%、杨氏模量增大319.71%、泊松比减小7.41%;温度为298K、压强从0.010GPa变化到0.020GPa时,石英晶胞体积、密度、杨氏模量和泊松比没有明显变化,黑云母晶胞体积和密度没有明显变化、杨氏模量增大53.79%、泊松比减小23.81%,钠长石晶胞体积和密度没有明显变化、杨氏模量减小36.24%、泊松比增大29.41%。研究结果对分析岩石宏观物理力学特性的微观机制具有一定的参考价值。
服务
把本文推荐给朋友
加入我的书架
加入引用管理器
E-mail Alert
RSS
作者相关文章
关键词花岗岩   矿物   微观   物理特性   力学特性   分子模拟     
Abstract: The engineering properties of a rock are much dependent on the microscopic features of the minerals comprising the rock. The physical and mechanical features of various minerals(i.e. quartz, biotite and albite) in Beishan granite are investigated in a micro scale in the current study. The microscopic physical features of the minerals are characterized by volume and density, while the microscopic mechanical features of the minerals are characterized by Young modulus and Poisson ratio. The open database is used to obtain the initial crystal structure, initial cell parameters, and the unit and super cells of the minerals. The stable configurations of the mineral cells are obtained using the geometry optimization. The microscopic physical and mechanical parameters of the stable configurations are then computed using the molecular mechanics simulation. The effects of temperature and pressure on these microscopic physical and mechanical parameters are furthermore examined using the molecular dynamics simulation. It shows that in the main minerals included in granite, the great-small sequence of the cell volume is albite, biotite, and quartz, while that of the cell density is biotite, quartz, and albite. The Young modulus values of quartz, biotite and albite are 161.70 to 168.78GPa, 164.85 to 579.93GPa and 110.72 to 112.49GPa, respectively. The Poisson ratio values of quartz, biotite and albite are 0.25, 0.16 to 0.31, and 0.27,respectively. When the temperature changes from 300K to 500K under the pressure of 100kPa, the volume increases 0.17% and the density decreases 0.15%with no obvious changes in the Young modulus and Poisson's ratio for the quartz cell; the volume increases 0.24% and the density decreases 0.26%with the Young modulus increased 140.55% and the Poisson's ratio decreased 26.92%for the biotite cell; and the volume decreases 3.76% and the density increases 3.91%with the Young modulus increased 319.71% and the Poisson's ratio decreased 7.41%for the albite cell. When the pressure changes from 0.010 to 0.020GPa at the temperature of 298 K,the volume, density, Young modulus and Poisson's ratio have no obvious changes for the quartz cell; the volume and density have no obvious changes with the Young modulus increased 53.79% and the Poisson's ratio decreased 23.81%for the biotite cell; and the volume and density have no obvious changes with the Young modulus decreased 36.24% and the Poisson's ratio increased 29.41%for the albite cell. These theoretical results can be referable in analyzing the macroscopic physical and mechanical properties of the rock materials in a micro scale.
Key wordsGranite   Mineral   Microscopic scale   Physical feature   Mechanical feature   Molecular simulation   
收稿日期: 2016-12-19;
基金资助:

国家自然科学基金项目(41472254)资助

通讯作者: 徐金明(1963-),男,博士,教授,博士生导师,主要从事岩土工程与工程地质的教学科研工作.Email:xjming@163.com     E-mail: xjming@163.com
作者简介: 陈陶(1992-),男,硕士生,主要从事岩土材料微观特性的研究工作.Email:chentao2984@163.com
引用本文:   
. 温度和压强对花岗岩中矿物微观物理力学特性的影响[J]. 工程地质学报, 2017, 25(6): 1474-1481.
. EFFECTS OF TEMPERATURE AND PRESSURE ON MICROSCOPIC PHYSICAL AND MECHANICAL FEATURES OF MINERALS IN GRANITE[J]. Journal of Engineering Geology, 2017, 25(6): 1474-1481.
 
没有本文参考文献
[1] 赵宽耀, 许强, 张先林, 彭大雷, 亓星, 杨琴. 黑方台浅层黄土渗透特性对比试验研究[J]. 工程地质学报, 2018, 26(2): 459-466.
[2] 兰恒星, 陈俊辉, 伍宇明. 三轴压缩试验前后含气页岩微纳尺度裂隙空间分布特征研究[J]. 工程地质学报, 2018, 26(1): 24-35.
[3] 冷挺, 唐朝生, 徐丹, 李运生, 张岩, 王侃, 施斌. 膨胀土工程地质特性研究进展[J]. 工程地质学报, 2018, 26(1): 112-128.
[4] 陈学军, 李佳明, 宋宇, 杨越, 陈李洁. 纳米膨润土对桂林红黏土力学性质的影响[J]. 工程地质学报, 2017, 25(s1): 207-212.
[5] 陈逸方, 刘之葵. 不同含水率条件下赤泥掺量对红黏土力学性质及结构的影响[J]. 工程地质学报, 2017, 25(s1): 194-199.
[6] 刘治清, 宋晶, 李学, 杨玉双, 任玉琦. 饱和细粒土固结过程中矿物组分与有机质的三维表征[J]. 工程地质学报, 2017, 25(5): 1299-1306.
[7] 刘兵, 卢毅, 刘春, 顾凯, 舒荣军. 砂土压缩过程中微观结构提取技术研究[J]. 工程地质学报, 2017, 25(4): 968-974.
[8] 袁广祥, 王洪建, 黄志全, 李建勇, 黄向春, 万军利. 花岗岩体钻孔中结构面的分布规律——以深圳大亚湾花岗岩体为例[J]. 工程地质学报, 2017, 25(4): 1010-1016.
[9] 简文彬, 胡海瑞, 罗阳华, 唐炜业. 干湿循环下花岗岩残积土强度衰减试验研究[J]. 工程地质学报, 2017, 25(3): 592-597.
[10] 祁昊, 冯文凯, 陈建峰, 白慧林, 周强. 降雨作用下冰水堆积体角砾土强度变化的微观机制[J]. 工程地质学报, 2017, 25(3): 731-739.
[11] 杨爱武, 张振东, 李潇雯, 郭林坪. 考虑前期固结影响的吹填软土安全运营阶段微结构演化特征[J]. 工程地质学报, 2017, 25(2): 284-291.
[12] 许健, 王掌权, 任建威, 袁俊. 原状与重塑黄土冻融过程渗透特性对比试验研究[J]. 工程地质学报, 2017, 25(2): 292-299.
[13] 张娜, 何满潮, 郭青林, 陶志刚, 侯东文, 盛海龙. 敦煌莫高窟围岩吸水特性及其影响因素分析[J]. 工程地质学报, 2017, 25(1): 222-229.
[14] 程克强, 孙如华, 徐帅陵. 新疆典型盐渍土特征及腐蚀性对输气管道工程的影响研究[J]. 工程地质学报, 2016, 24(s1): 316-323.
[15] 田桂莉, 陈慧娥, 冷冠军, 姜亚玲, 牛岑岑. 排水对黄土动力特性及微观结构特征的影响研究[J]. 工程地质学报, 2016, 24(s1): 1027-1033.
版权所有 © 2009 《工程地质学报》编辑部    京ICP备05029136号-13
地址:北京市朝阳区北土城西路19号  邮政编码:100029
电话:010-82998121 ,82998124   传真:010-82998121 Email:gcdz@mail.igcas.ac.cn