5.3.1 不同围压下花岗岩应力-应变曲线
图5.5给出了在围压一定的情况下，花岗岩岩样加热后的三轴压缩应力-应变曲线。
图5.5 不同围压下花岗岩三轴应力-应变曲线
从图5.5可知，在围压一定的情况下，经历不同的加热温度后，花岗岩常规三轴压缩应力-应变曲线大致经历了4个阶段：压密阶段、弹性阶段、屈服阶段和破坏阶段。在压密阶段时，曲线呈上凹型，随着温度的升高，应变增大较快，这主要是由于荷载作用下岩石内部的微裂纹发生闭合所致。当进入弹性阶段后，曲线基本呈直线状态，应力-应变呈正比例关系。而屈服阶段时，由于岩石为非均质体，在荷载逐步增加的情况下，其内部强度较低的材料发生屈服破坏，同时岩石内部产生新裂纹，从而使得应力-应变曲线发生偏移，岩样表现出初步的损伤。当荷载继续增加，岩样进入破坏阶段时，由于岩石试样已经达到了承载极限，其内部裂纹连接、贯通已发展为宏观裂纹，从而使得岩样的整体失去了承载能力。
5.3.2 加温后花岗岩三轴抗压强度、弹性模量与围压的关系
由图5.6可知，在温度20～400℃范围内，加热温度相同的条件下，花岗岩试样的三轴抗压强度随着围压的升高基本呈增大趋势。经历了20℃、100℃、200℃、300℃、400℃五个加热等级后，在围压为5MPa、10MPa、15MPa、20MPa时试样的常规三轴抗压强度的平均值分别为201.46MPa、254.96MPa、259.76MPa、306.60MPa。随着围压的升高，花岗岩试验的常规三轴抗压强度相比于围压为5MPa时的平均值分别增加了26.56%（10MPa），28.94%（15MPa），52.19%（20MPa）。
图5.6 加热后花岗岩三轴抗压强度与围压的关系
依据实验数据将温度为400℃时的三轴抗压强度值进行拟合，得到其相互之间的关系。由图5.6可以看出，经历不同温度作用后，花岗岩岩石试样的三轴压缩抗压强度与围压之间呈非线性关系，其表达式如下：
科学超深井钻探技术方案预研究专题成果报告（下册）
由图5.6花岗岩常规三轴压缩试验所得数据，绘出经历了不同加热温度后，不同围压下的弹性模量与围压的关系，如图5.7所示。
图5.7 加热后花岗岩弹性模量与围压的关系
由图5.7可知，加温后花岗岩试样弹性模量随着围压的升高而逐步增大。当围压为20MPa时，弹性模量有所降低。经历了不同加热温度后的花岗岩试样，当围压为5MPa、10MPa、15MPa、20MPa时其弹性模量的平均值分别为23.27GPa、29.44GPa、30.01GPa、30.86GPa。随着施加于岩石试样上的围压逐步增大，花岗岩的平均弹性模量相比于围压5MPa时的平均弹性模量分别增加了26.53%（10MPa），28.96%（15MPa），32.62%（20MPa）。通过对加热温度为300℃的实验数据进行拟合得出其表达式：
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5.3.3 温度对花岗岩三轴力学性质的影响
通过对花岗岩三轴试验数据处理分析，绘制出每个试件破坏时的莫尔应力圆，得到莫尔强度曲线。利用莫尔强度曲线，可以得出岩石内摩擦角、黏聚力的值，并依据所得到的不同温度下的内摩擦角、黏聚力的值，绘制温度与其之间的相互关系（图5.8）。
图5.8 加热后花岗岩的内摩擦角、黏聚力随温度的变化
由图5.8可知，花岗岩岩石的黏聚力、内摩擦角的试验结果具有较大离散性，但是从整体上看花岗岩岩样的黏聚力随着温度的升高而逐步增大，内摩擦角则随温度升高而呈减小趋势。当温度为300℃时，其黏聚力有所降低，而其内摩擦角曲线呈现的规律与黏聚力的规律恰好相反。通过对实验数据进行曲线拟合得到花岗岩内摩擦角、黏聚力与温度的关系曲线，其分别为：
内摩擦角与温度的关系：
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黏聚力与温度的关系：
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为了显示出温度对花岗岩三轴抗压强度、轴向峰值应变及弹性模量的影响作用，绘制出固定围压下的温度与上述参数的关系图。图5.9至图5.11分别为加热条件下，围压为定值时花岗岩三轴抗压强度、轴向峰值应变及弹性模量与温度之间的关系。
由图5.9至图5.11可以得出，当围压为定值时，试验所测定花岗岩试样的三轴抗压强度、轴向峰值应变及弹性模量结果具有较大的离散性，但是从整体上仍呈现一定的规律性。在常规三轴压缩试验中，经历不同加热温度后，花岗岩试样的三轴抗压强度、峰值应变及弹性模量都呈二次非线性状态，并且在温度低于200℃时，随着温度的升高，岩石试样的三个力学参数呈二次非线性增加，而当温度大于200℃后，该三个参数随着温度的升高呈二次非线性减小。通过拟合围压为10MPa时的相关试验数据分别得到三个力学参数与温度的相互关系，如下所示：
图5.9 不同围压下花岗岩三轴抗压强度随温度的变化
图5.10 不同围压下花岗岩轴向峰值应变随温度的变化
图5.11 不同围压下花岗岩弹性模量随温度的变化
三轴抗压强度与温度的关系：
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轴向峰值应变与温度的关系：
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弹性模量与温度的关系：
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5.3.4 高温高压岩石宏观破坏形态观测
不同温度加热冷却后，花岗岩单轴压缩试验的宏观破坏照片，如图5.12所示。
图5.12 加热后花岗岩单轴压缩试验的破坏形式
通过总结三轴轴压缩实验岩石的破坏情况，岩样的破坏情况主要表现为以下4种，如图5.13（a）～（d）所示。
图5.13 加热后花岗岩三轴压缩试验的破坏形式