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摘要
利用自主研制的气动力脉冲真三轴试验系统，开展了超临界CO2热冲击致裂高强度混凝土块体试验，探究了热源功率、CO2初始压力对热冲击破岩过程及裂隙损伤演化规律的影响，分析讨论了高温高压CO2相变致裂过程及其裂纹扩展演化规律.充分考虑含能材料反应放热、CO2相态变化、传热传质、瞬态非线性流动以及高压气体驱动损伤演化过程，建立了高温高压CO2热冲击破岩的热-流-固-损伤(THMD)多场耦合模型，进一步分析了CO2温度场、压力场以及损伤演化规律，揭示了高温高压CO2反应流动相变致裂机理.研究结果表明：超临界CO2热冲击致裂过程主要包括：高压气体瞬态释放产生应力波诱导型径向裂缝；相变膨胀的高温高压CO2驱动径向优势裂缝扩展，并产生分支裂缝.其中气动力脉冲峰值压力和瞬时加载速率的增加有助于产生更多的径向裂缝，而CO2初始压力和聚能剂含量的提高会使分支裂缝更容易形成.此外所建立模型的模拟结果与试验结果较为一致，表明了CO2初始压力对岩石致裂效果影响有限，而增加热源功率可以有效扩大岩石损伤范围.研究进一步地揭示了高温高压状态的CO2相变流动致裂机理，对该技术应用于硬岩破除和致裂增渗具有指导意义.
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