微波照射下岩石的升温与破碎特性研究

摘要：

为论证微波辅助破岩过程中岩石的升温破碎理论,选取玄武岩作为岩石试样,对不同微波功率和照射时间下的岩石试样进行了 5 组微波照射试验,获得了岩石表面的温度分布和破碎状态.利用COMSOL多物理场建模软件进行仿真模拟,研究岩石内部的电场和温度场分布,揭示岩石的破碎机制.试验结果表明,随着微波发射功率和照射时间的增加,岩石表面的温度、破碎面积、破碎点深度、裂缝数量和裂缝长度均有所增加.模拟结果表明,微波由喇叭天线传递至岩石上表面时电场强度急剧降低,岩石内部电场强度整体呈倒锥形分布;微波照射下的岩石破碎损伤主要与电场强度有关,电场强度的强弱导致不同部位能量密度分布不均匀,进而引起温度梯度变化,产生不同的热膨胀,导致破碎损伤的发生.岩石的破碎损伤演化分为 3 个阶段,根据岩石试样升温过程进行数学模型回归分析发现,微波发射功率对温度特性的影响更为显著,当微波照射功率为 26.645 kW时,微波能在极短的时间内使岩石达到破碎损伤状态,照射效果最佳.

关键词：微波辅助破岩、温度特性、电场强度、COMSOL、破碎特性

所属期刊栏目：43

分类号：U455(隧道工程)

资助基金：国家自然科学基金;安徽省科技重大专项揭榜挂帅项目;中国中铁股份有限公司科技开发计划;中铁隧道局集团科技创新计划

在线出版日期：2023-09-19（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共12页

页码：1348-1359