地热能作为一种清洁、绿色、可再生能源越来越受到各国研究学者的关注与重视。在地热能开采的过程中,无论是井筒的钻进,还是开采过程中水在人工储留层中的冷热交换,都会涉及到高温岩体的冷热交替作用,而在冷热交替的作用下岩体必然产生损伤劣化进而引起其物理力学性质的变化,一方面会对高温岩体钻进过程中井筒的稳定性产生不利的影响,另一方面对热储层裂隙网络通道的进一步扩展及新裂隙的产生起到了有利的促进作用。本文针对地热开采过程中所涉及到的人工储留层冷热交换这一实际过程,研究了不同温度下花岗岩在经历冷热交替作用后的物理力学性质的变化,这对于进一步认识高温岩石的物理力学性质并揭示其在冷热交替作用下的变化规律及破裂机理具有重要的意义,同时可以为高温地热开发中井筒的稳定性及人工热储层的建造提供理论依据。本文利用自主研制的多功能伺服控制高温岩石三轴试验机,对不同温度冷热交替后的花岗岩开展了高温作用下的单轴抗压试验,然后将其与常温状态下实验结果进行对比分析,着重分析了花岗岩在温度作用下产生的热应力对单轴抗压强度的影响;最后对不同温度冷热交替作用后的花岗岩开展了渗流试验,分析了不同温度及冷热交替作用后花岗岩渗透率的演化规律,并通过扫描电镜、显微薄片等手段在微细观方面对其内部损伤劣化机理进行了分析。其中主要结论如下:（1）通过对不同温度下的花岗岩在分别经历水冷却和自然冷却方式作用后的物理力学性质测试,看出不同温度下的花岗岩在分别经历水冷却和自然冷却方式作用后的物理力学性质发生了一定的变化,水冷却和自然冷却作用后花岗岩的表观颜色、纵波波速、质量损失率及抗压强度、弹性模量、破坏特征等有所不同,其中水冷却下的花岗岩试样由常温（20℃）的灰黑色逐渐向600℃的土黄色转变,而自然冷却状态下的试样颜色变化不明显整体呈现灰黑色,且随温度的升高逐渐变浅;在两种冷却方式作用后花岗岩的平均波速和质量损失率都随着温度的升高而降低,在400℃～600℃区间时下降速度较快,自然冷却下的试样纵波波速要比水冷却下试样的波速大说明水冷却对试件内部的损伤较大。另外不同温度花岗岩在两种冷却方式作用后的应力-应变曲线特征有所不同,对于自然冷却状态试件均呈现脆性破坏特征,且在200℃和300℃时出现硬化现象,应力-应变曲线呈现峰前降低波动,而对于水冷却试件由脆性逐渐向延性转变,且温度大于300℃时出现双峰渐进破坏现象;在两种冷却条件下试件的单轴抗压强度以及弹性模量均随着温度的升高而降低,相同温度作用后,水冷却条件下试件单轴抗压强度及弹性模量的降低幅度均大于自然冷却方式。（2）在上述研究的基础上分别对冷热交替作用后的花岗岩开展了单轴压缩试验和巴西劈裂试验,分析了冷热交替作用后花岗岩的抗压以及抗拉强度的变化规律,发现冷热交替的次数对两种冷却方式下不同温度的花岗岩力学性能具有较大的影响。经历不同温度冷热交替处理后试样内部结构发生了明显的改变,由中低温阶段的无裂纹逐渐向高温阶段出现的微细小或者较大的裂纹转变,且随着交替次数的增加试样破损情况越严重,颗粒酥松易脱落;在经历相同冷热交替次数的条件下,随着温度的增加其抗拉强度、抗压强度和弹性模量均逐渐减小,而在同一温度作用下,试件的抗压强度和抗拉强度随着冷热交替次数的增加均呈现下降趋势,且水冷却的下降幅度大于自然冷却,试样随温度梯度（100℃）的变化幅度大于随交替次数（5次）的变化幅度;巴西劈裂100℃～400℃大部分试件沿着直径方向劈裂且破坏面能够较好重合,但随着交替次数的不断增加试样的劈裂方向发生了一定的改变,破裂线逐渐变得弯曲并产生了分叉裂纹,而当温度达到700℃时,试样呈现颗粒碎渣性的破坏;单轴抗压破坏模式呈现为剪切破坏、张拉破坏和混合破坏模式为主,其中剪切破坏的试件居多占40%左右;其次为张拉破坏占35%;而水冷却组中剪切破坏试样所占比重最多,占43.3%;自然冷却组的试样剪切破坏试样所占比重最多,占36.7%,形成了裂缝带;这就说明交替次数对破坏模式具有一定的影响。（3）利用自主研制的多功能伺服控制高温岩石三轴试验机,对不同温度冷热交替后的花岗岩开展了高温作用下的单轴压缩试验。试件是处于实时温度作用下进行的,将其与常温状态下实验结果进行对比分析,可知在温度作用下产生的热应力对花岗岩的物理力学特性存在较大影响,首先温度作用下试样的抗压强度和弹性模量均明显都比常温状态下的要小,温度作用下试样的强度主要集中在20～60MPa之间,而常温状态下的强度主要集中在70～180MPa之间,温度作用下弹性模量范围在15～99GPa之间,常温状态下弹性模量范围在38～234GPa之间,随着交替次数的增加试样在常温和高温作用下强度和弹性模量均呈降低趋势,且水冷却试件的下降幅度大于自然冷却,表明水冷却后的试样内部的损伤较为明显,同时在常温作用下水冷却和自然冷却都出现了在200℃的抗压强度大于100℃的现象,而在温度作用下这一现象只出现在了水冷却的结果中,一方面说明试件在200℃产生的硬化现象并不是偶然出现,这种作用增加了试件的强度,另一方面说明水冷却会促进这种硬化作用,同时温度作用下这种硬化效应会降低。（4）借助显微薄片和扫描电镜观测不同温度冷热交替作用后花岗岩微细观形貌特征,可以看出试样在经过冷热交替作用后不仅发生了化学变化而且还发生了物理变化,由于花岗岩内部各种矿物颗粒的粒径以及热膨胀系数的不同,在温度作用下引起颗粒边界的热膨胀不一致,矿物颗粒之间产生的拉压应力使得花岗岩内部产生微裂纹,且随着交替次数的逐渐增加,裂纹的数目、宽度也逐渐增多,同时裂纹的延伸长度也逐渐增大,另外可以通过观察经600℃冷热交替作用后花岗岩的孔裂隙网络模型可以看到,随着循环次数的增加内部连通裂隙和渗流路径明显增多,并形成了良好的渗流通道,这就直接导致了渗透率的大幅增加;常温状态下的渗透率为0.001×10-18m~2,经过冷热交替处理花岗岩到25次下,其渗透率增加到1.934×10-18m~2,增加了将近2000倍。