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高放废物在处置过程中释放热能导致处置库围岩温度升高,因而在研究北山花岗岩力学性能时要考虑温度的影响。在高放废物地下处置库漫长的建设与运营阶段内,周期性的爆破开挖、交通荷载以及温度波动造成的热应力变化对北山花岗岩的作用可近似视作疲劳荷载,研究温度对北山花岗岩细观疲劳断裂机理的影响对我国高放废物处置库长期稳定性评价及防治核素地下迁移具有重要的意义。本文以50℃-600℃热处理后的北山花岗岩为研究对象,利用带加载装置的扫描电镜设备,开展了准静态和疲劳加载两种条件下的细观断裂实验研究。论文的主要研究内容如下:一、热处理对北山花岗岩细观结构的影响及其机制热处理改变了北山花岗岩的细观结构,包括矿物颗粒粗糙度变化（未产生裂纹）和热开裂,二者均与水分蒸发逃逸以及矿物颗粒热膨胀有关。矿物颗粒表面粗糙度变化所需的温度比较低,在50℃-300℃温度区间内都有观察到,其发生在局部小范围。当热处理温度超过100℃后热开裂行为显现,热开裂行为包括两种:一种是从无到有新出现裂纹,另一种是在原生裂纹的基础上进一步张开与扩展。经热处理后的北山花岗岩细观结构的改变可以采用裂纹线密度来描述,北山花岗岩表面裂纹密度随热处理温度的变化规律符合指数函数关系,当热处理温度超过300℃后裂纹密度增长幅度明显提高。二、不同温度热处理后北山花岗岩细观疲劳裂纹行及断裂机理（1）根据实时观察到的疲劳裂纹行为将热处理温度分为低温（50℃-150℃）,中温（200℃-300℃）和高温（400℃-600℃）三组。在50℃-150℃的实验中,初始裂纹数量较少,疲劳裂纹倾向于向矿物颗粒边界以及少量初始裂纹尖端扩展。在该温度区间,穿颗粒裂纹有两种形成机制:加载前就存在于颗粒内的初始裂纹进一步扩展;扩展中的裂纹劈开前方矿物颗粒。在200℃-300℃的实验中,通过将循环载荷过程中产生的沿颗粒裂纹与初始裂纹连接起来,岩桥贯通在该温度区间内疲劳裂纹扩展过程中发挥了重要作用。大多数穿颗粒裂纹是初始颗粒内裂纹进一步扩展形成的,沿颗粒裂纹主要是矿物颗粒脱粘结形成的。在400℃-600℃温度组中,热处理形成了较多的裂纹,裂纹之间的岩桥非常短,极容易破断。甚至在600℃温度组实验中裂纹相互交织。新裂纹萌生现象随温度提高越来越少,初始裂纹张开逐渐成为主要裂纹行为。（2）对比准静态和疲劳两种加载条件下北山花岗岩的细观断裂过程发现二者的区别在于:第一,初始裂纹的扩展方向。疲劳荷载作用下,初始裂纹会沿着自身长度方向往两个方向扩展延伸,尤其是裂纹方向大致平行于加载方向的时候,这种现象在准静态加载条件下没有观察到;第二,岩桥贯通这种机制在疲劳加载条件下起到了更加显著的作用;第三,疲劳加载条件下临界裂纹的张开度比准静态加载条件下的小很多;第四,无论热处理温度如何,疲劳破坏均表现出突发、无前兆的特点,而准静态加载条件下,经高温处理后的试件破坏较缓慢。（3）本文先后采用边界配置法和有限元法对含边缘裂纹跨高比为2的短跨三点弯曲试件的应力强度因子进行了标定,得到了适用于本文试件的应力强度因子表达式:KIBW3/2/M=（?）。该表达式简洁易用,丰富了现有应力强度因子方面的研究成果,为计算北山花岗岩断裂韧度提供了新的理论依据。（4）基于裂纹长度和应力强度因子表达式,作者利用Hartman-Schijve方程定量描述了50℃-250℃温度范围内北山花岗岩疲劳裂纹扩展速率,实验结果与理论值比较吻合。本研究所得的疲劳裂纹扩展速率da/d N在10-6m/循环至10-11m/循环之间,大部分在10-6-10-8m/循环之间。研究发现H-S方程的参数对初始裂纹密度更敏感,方程的指数参数α随初始裂纹密度的增加近似呈指数增长,这是关于疲劳裂纹扩展速率方程指数参数研究的一个新发现。另外,理论结果表明随着初始裂纹密度的提高,疲劳裂纹更容易从自然缺陷处开始发育,这与实验观察到的现象是一致的。三、不同温度热处理后北山花岗岩损伤演化规律及其疲劳寿命（1）分析了疲劳加载过程中试件刚度的退化过程,并基于刚度定义了损伤因子,分析了损伤演化规律。根据损伤演化过程,提出了一个新的三参数方程来描述疲劳损伤演化过程:（?）。方程的三个参数分别控制疲劳损伤演化的减速阶段、匀速阶段和加速阶段,当加速阶段较短时可以以这三个参数来近似求解临界损伤。（2）北山花岗岩的疲劳寿命随着热处理温度的升高,先增大后减小。作者将这种规律归因于初始裂纹密度的变化。随着初始裂纹密度的增大,北山花岗岩内部存在越来越多的裂纹在疲劳加载过程中反复张开闭合,外力对试件做的功被消耗在越来越多的裂纹尖端。并且当初始裂纹密度未超过1.75mm-1时,相互交叉的初始裂纹数量较少,裂纹尖端之间的岩桥对疲劳荷载水平的提高敏感度较低而不易贯通,需要更高的循环荷载水平以及更多的循环次数才可以使裂纹尖端向前扩展。所以在初始裂纹密度低于1.75mm-1时,疲劳寿命随着初始裂纹密度的增大而增大。当初始裂纹密度高于1.75mm-1时,裂纹密度过大导致相互交叉的初始裂纹较多,裂纹之间的岩桥较短容易破断,因而裂纹在荷载水平提高时以及同一疲劳荷载水平加载过程中容易扩展,故疲劳寿命逐渐减小。四、北山花岗岩疲劳断口细观形貌特征系统地展示了北山花岗岩细观疲劳断口形貌特征,包括镜面、速度锯齿、扭转锯齿、尾锯齿、抑制线、疲劳条带等,并对比指出了相似形貌之间的区别,分析了每种形貌的形成机制。根据观察结果,疲劳条带形貌归纳为三大类:弧线状、直线状和台阶状,其中直线状包括穿颗粒直线状、沿颗粒尖顶直线状和沿颗粒圆顶直线状,台阶状包括弧台阶状和直台阶状。对部分样本容量较大的细观形貌尺寸进行了统计分析,发现镜面半径、速度锯齿长度密度均满足对数正态分布,扭转锯齿长度宽度和长宽比满足三参数Weibull分布。