Experimental investigation of mechanical properties and energy features of granite after heat treatment under different loading paths

Abstract

EXPERIMENTAL INVESTIGATION OF MECHANICAL PROPERTIES AND ENERGY FEATURES OF GRANITE AFTER HEAT TREATMENT UNDER DIFFERENT LOADING PATHSJunwen Zhang, Xu Chen, Hengyi KangOriginal scientific paper Temperature and loading history are the two main factors that influence rock microstructure and physical and mechanical properties. To explore the influence of heat treatment and loading path on mechanical properties and energy features of granite, granite samples were first heat-treated at 25 °C, 300 °C, 600 °C, and 900 °C. Then, 12 groups of triaxial compression experiments were placed under three loading paths, as follows: uniaxial compression, conventional triaxial compression, and confining pressure unloading. Mechanical properties and energy features in the deformation and failure process based on these experimental results were systematically compared and analyzed. Results demonstrate that Young's modulus, uniaxial compressive strength, and triaxial compressive strength increased in the temperature range of 25 °C to 300 °C, but decreased in the temperature range of 300 °C to 900 °C. Under the same loading path, the gaps among total absorbed energy, dissipated energy, and elastic strain energy widened with increasing temperature from 25 °C to 900 °C. At the same temperature, the energy features' gap under confining pressure unloading is between uniaxial and triaxial compression. The conclusions drawn in this study provide a significant reference for the design and construction of rock engineering exposed to high temperature. Keywords: energy features; heat treatment; loading paths; triaxial compression Eksperimentalno ispitivanje mehaničkih svojstava i energetskih svojstava granita nakon toplinske obrade pri različitom načinu opterećenjaIzvorni znanstveni članak Povijest temperature i opterećenja dva su glavna čimbenika koji utječu na mikrostrukturu stijene i fizikalna i mehanička svojstva. Da bi se istražio utjecaj toplinske obrade i opterećenja na mehanička svojstva i energetske značajke granita, uzorci granita najprije su toplinski obrađeni na 25 °C, 300 °C, 600 °C i 900° C. Zatim je 12 skupina eksperimenata troosnog sabijanja podvrgnuto opterećenju na tri načina, kako slijedi: jednoosno sabijanje, konvencionalno troosno sabijanje i ograničeno tlačno rasterećenje. Sustavno se uspoređuju i analiziraju mehanička svojstva i značajke energije u procesu deformacije i oštećenja na temelju tih eksperimentalnih rezultata. Rezultati pokazuju da su Youngov modul, jednoosna tlačna čvrstoća i troosna tlačna čvrstoća porasli u temperaturnom području od 25 °C do 300 °C, ali su se smanjili u temperaturnom području od 300 °C do 900 °C. Pod istim načinima opterećenja, razlike između ukupne apsorbirane energije, raspršene energije i elastične energije naprezanja povećale su se s porastom temperature od 25 °C do 900 °C. Pri istoj temperaturi, razlika između energetskih značajki pod rasterećenjem ograničenim tlakom je između jednoosnog i troosnog sabijanja. Zaključci izneseni u ovoj studiji pružaju značajnu referencu za projektiranje...