不同冷却方式和循环加卸载对花岗岩Ⅰ型断裂韧度的影响研究

来源：黄金科学技术杂志2026年第2期北京时间：

作者：朱世凯, 张帆

单位： 湖北工业大学河湖健康智慧感知与生态修复教育部重点实验室，湖北 武汉 430068, 湖北工业大学土木建筑与环境学院，湖北 武汉 430068

摘要：为了揭示冷冲击作用对干热岩断裂特性及损伤特征的影响机制，对400 ℃高温冷却（水冷却和液氮冷却处理）后的花岗岩分别开展了3种荷载上限（80%、85%和90%峰值荷载）的循环加卸载三点弯曲试验，分析了Ⅰ型断裂韧度随冷却方式和荷载上限的变化规律，进一步探讨了断裂面的三维形貌和微观结构。结果表明：相较于水冷却，液氮冷却后的花岗岩Ⅰ型断裂韧度较天然状态下的降低幅度增大，最大降幅达到47.95%。在天然状态和不同冷却方式下，花岗岩Ⅰ型断裂韧度与荷载上限存在线性关系，随着荷载上限的增高而增大；当荷载上限为85%~90%峰值荷载，采用水冷却和液氮冷却时，花岗岩的断裂面粗糙度均显著增加。高温冷却后花岗岩内部裂纹扩展模式从穿晶转变为沿晶。不同冷却方式和循环加卸载作用下，花岗岩断裂是内部矿物颗粒的非均匀热膨胀和外部荷载共同作用下导致试样形成贯通性裂纹的结果。通过探究获得花岗岩在高温冷冲击和循环荷载共同作用下的力学性质和断裂特征，研究结果可为干热岩储层压裂改造中循环压裂技术的应用提供理论支持。

关键词：花岗岩,循环加卸载,三点弯曲试验,Ⅰ型断裂韧度,液氮冷却,水冷却

基金资助：国家自然科学基金项目“干热岩水力压裂—热冲击耦合机理及压裂效果评估”(51979100)