组合冷却后高温花岗岩物理力学及劈裂面粗糙度试验研究

注流采热过程中干热岩(hot dry rock,HDR)浸水冷却降温与干燥自然降温区域间会形成新裂隙通道,裂隙的粗糙度直接对流体渗流传热过程产生影响.因此,以松辽盆地北部大庆地区花岗岩为研究对象,对组合冷却(单一岩体部分自然冷却,部分浸水冷却)不同初始温度(100℃～600℃)与不同冷却比例(完全自然冷却、1/4浸水冷却、1/2浸水冷却、3/4浸水冷却、完全浸水冷却)试件进行巴西劈裂试验,利用自行研制的粗糙度轮廓测试仪对劈裂面粗糙度进行测量,研究上述条件下花岗岩物理力学特性(表观温度、浸水面上移高度、外观形态、抗拉强度)与劈裂面粗糙度特性(高差参数:高差峰值谷值分布、高度均方差;纹理参数:粗糙度系数、粗糙角)变化规律,并考量高差参数与纹理参数间关系,同时建立抗拉强度与粗糙度特性间拟合曲线.研究表明:(1)初始温度越高,岩体表观温度降幅越大,浸水冷却一侧降温速率高于自然冷却.(2)浸水冷却过程中,浸水高度会产生上移,温度越高,上升程度越明显,出现了初始温度500℃,600℃表观温度低于400℃试件的异常现象.(3)温度升高,高差峰值分布区域逐渐向浸水区域扩展;初始温度600℃、浸水冷却高度比为3/4,抗拉强度损失最大(84.88％,14.84％),裂隙高差参数、纹理参数达到最值.(4)温度不同,试件抗拉强度与粗糙度特征间拟合系数较高;浸水比例不同,拟合系数虽有不同程度下降,但仍保持一定相关性,利用抗拉强度去判断岩体劈裂面粗糙度具备较高可行性.上述研究有望为HDR热破裂时裂隙扩展规律的判定提供一定参考.