岩石领域的纳米压痕技术应用

薛海斌; 王立红; 雷曼; 党发宁; 丁卫华; 张泽华

应用力学学报 ›› 2026, Vol. 43 ›› Issue (2) : 266 -284+239.

岩石领域的纳米压痕技术应用

薛海斌, 王立红, 雷曼, 党发宁, 丁卫华, 张泽华

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摘要

准确表征岩石和岩体的力学性质对抽水蓄能电站地下厂房、地下储气库及核废料处置库等工程的稳定性分析与评价具有重要意义。岩石作为矿物集合体，其强度和变形特性受矿物组成、胶结作用、界面形态等因素的共同影响。相较于宏观力学试验，纳米压痕技术所需试样尺寸小、流变试验时间短、易测得微观力学指标、可分离各矿物和胶结作用对岩石强度与变形的贡献，利于揭示岩石宏观力学行为的微观机理等优势，为岩石材料宏观-微观力学特性研究提供了新途径。首先介绍纳米压痕技术的基本原理及数据统计分析方法；其次分析矿物组成、结构、环境条件等影响因素下页岩、泥岩、花岗岩的纳米压痕力学特性，揭示了岩石的非均质性、各向异性、蠕变特性及尺寸效应；对比分析了5种均匀化理论分析方法、3种数值模拟方法对纳米力学指标跨尺度升级的适用性；最后，对纳米压痕技术在岩石领域的应用前景进行展望。