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研究生:陳聖文
研究生(外文):Sheng-wen Chen
論文名稱:岩石熱力學與力學性質之研究-以三種岩石為例
論文名稱(外文):A Study of the Thermal and Mechanical Properties of Granite,Marble and Sandstone
指導教授:王建力王建力引用關係
指導教授(外文):Jian-li Wang
學位類別:碩士
校院名稱:國立成功大學
系所名稱:資源工程學系碩博士班
學門:工程學門
學類:材料工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2008
畢業學年度:96
語文別:中文
論文頁數:110
中文關鍵詞:熱膨脹熱傳導高溫岩石
外文關鍵詞:rockselevated temperaturethermal expansionthermal conductivity
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本研究擬對花崗岩、大理岩、砂岩進行熱傳導試驗及熱膨脹試驗以了解脆性岩石的基本熱學性質,另外對岩石經歷常溫、及加溫至400℃、800℃後冷卻至常溫之力學性質進行了解,分析溫度作用對岩石尖峰應力、彈性模數、泊松比及應力應變曲線變化狀況。由研究結果發現三種岩石中熱傳導係數以大理岩最高,花崗岩次之,砂岩為最低,研判礦物成分及孔隙率為重要影響因素。熱膨脹試驗結果顯示岩石熱膨脹係數會有隨溫度上升而增加的趨勢,反應其受高溫後內部結構將發生變化。高溫後基本力學試驗結果顯示岩石的尖峰應力、彈性模數及泊松比將隨溫度的提高而有降低的趨勢,尖峰應變則隨溫度升高而增加。這些結果也反應了岩石受溫度影響之基本規律。
This study aims to investigate the thermal and mechanical properties of several rocks. Three types of rocks including granite,marble and sandstone were heated at different elevated temperature for two hours and were cooled to room temperature. Then the themal and uniaxial compression tests were performed on these samples. The thermal conductivity and thermal expansion were obtained. The uniaxial strength, elastic modulus, and Poisson’s ratio under different elevated temperature were determined. The experimental results show that the thermal conductivity of marble is of the highest value while the thermal conductivity of sandstone is the lowest. The effect may be attributed to the mineral composition and porosity. This study finds that the thermal expansions of rock samples increase with increasing temperature while the uniaxial strength, elastic modulus and Poisson’s ratio decrease with increasing temperature. This study demonstrates that the fundamental aspects of rocks behaves under thermal effect.
摘要 I
Abstract II
誌謝 III
目錄 IV
表目錄 VII
圖目錄 VIII
符號表 XI
第一章 緒論 1
1.1 研究動機與目的 1
1.2 研究內容與流程 2
第二章 文獻回顧 4
2.1 岩石熱學性質相關研究 4
2.2 高溫作用對岩石力學性質影響 8
2.2.1 高溫作用對岩石強度影響 8
2.2.2 高溫作用對岩石應變影響 11
2.2.3 高溫作用對岩石彈性參數影響 11
2.2.4 高溫作用對岩石泊松比影響 12
2.2.5 高溫作用對岩石破壞行為影響 13
2.3 高溫作用對岩石熱學性質影響 14
2.3.1 熱傳檔係數 14
2.3.2 熱膨脹係數 16
第三章 基本性質 18
3.1 熱傳導模式 18
3.2 岩石之熱學性質 19
3.2.1 熱傳導係數 19
3.2.2 岩石之比熱 24
3.2.3 岩石之熱擴散係數 26
3.2.4 岩石之熱膨脹係數 27
3.3 力學參數量測 31
3.3.1 單軸抗壓試驗 31
3.3.2 彈性參數試驗 31
第四章 試驗設備與方法 32
4.1 試驗設備 33
  4.1.1 熱傳導試驗儀器 33
4.1.2 熱膨脹試驗儀器 34
4.1.3 載重系統及資料擷取系統35
4.2 試體製備 37
4.2.1 熱傳導試驗 37
4.2.2 熱膨脹試驗 38
4.2.3高溫單軸抗壓試驗 39
4.3 試體編號 44
4.3.1 熱傳導試驗 44
4.3.2 熱膨脹試驗 44
4.3.3 高溫單軸抗壓試驗 45
4.4 試驗步驟 46
4.4.1 熱傳導試驗 46
4.4.2 熱膨脹試驗 47
  4.4.3 高溫單軸抗壓試驗 48


第五章 試驗結果與討論 50
5.1 試體基本物理性質 50
5.2 熱傳導試驗結果 51
5.2.1 熱傳導試驗結果討論 53
5.3 熱膨脹試驗結果 58
5.3.1 熱膨脹試驗討論 60
5.4 高溫後基本力學性質試驗結果 65
5.4.1 尖峰應力 69
5.4.2 尖峰應變 69
5.4.3 彈性模數 75
5.4.4 泊松比 77
5.5 熱傳導性質與其他力學參數比較 79
5.6 熱膨脹性質與其他力學參數比較 81
第六章 結論與建議 83
6.1 結論 83
6.2 建議 85
參考文獻 86
附錄A 岩石應力應變曲線及破壞情形 89
1.鍾柏仁,「核廢料深層處置近場岩石熱力學行為初步研究」,國立成功大學資源工程研究所碩士論文,2002。
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8.朱合華,曾令軍,鄧濤,「三種岩石高溫後力學性質的試驗研究」,岩石力學與工程學報,2006。
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