變溫巖石介電特性測試裝置設(shè)計(jì)及應(yīng)用

李帥遠(yuǎn)，盧高明，洪開榮，周建軍，楊延棟

（盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，鄭州 450001）

0 引言

隨著隧道施工技術(shù)的不斷進(jìn)步，微波破巖、激光破巖技術(shù)得到大力發(fā)展。微波輔助機(jī)械破巖是隧道工程建設(shè)中極具應(yīng)用前景的輔助技術(shù)。采用微波輔助機(jī)械破巖可以提高巖石破碎效率、減輕機(jī)械設(shè)備損耗、降低施工成本［1-2］。

受巖石自身特性影響，根據(jù)巖石對微波加熱反應(yīng)，巖石材料可分為吸收型、不吸收型、絕緣性和混合型四類。不同巖石對微波的吸收能力不同，微波輔助破巖適合應(yīng)用于硬度高、微波吸收型巖石地質(zhì)。巖石的介電特性反映其對微波的吸收能力，介電特性越強(qiáng)，巖石吸收微波的能力越強(qiáng)，微波的加熱效果就越好［3］。目前主要利用電磁波頻域特性測量巖石介電特性參數(shù)，包括單端口傳輸線法、傳輸／反射法、同軸探頭法、諧振腔法，空間波法［4-6］。王修昌［7］采用自由空間法和諧振腔法對四種巖石樣品進(jìn)行介電常數(shù)測量，分析不同頻率巖石介質(zhì)的微波穿透深度及功率吸收情況。許文博［8］基于平行板電容及阻抗測量原理，設(shè)計(jì)出了一種寬帶電特性巖石介電特性自動化測量系統(tǒng)。Han等［9］應(yīng)用三維有限差分模型開發(fā)了巖石介電特性測試數(shù)字巖心軟件，分析了裂隙連通性、裂隙飽和流體和施加電場方向等對含裂隙巖樣介電性質(zhì)影響。

巖石材料在微波加熱過程中會產(chǎn)生物理和結(jié)構(gòu)變化從而影響材料的介電性能。目前，常溫條件下介電特性的測量技術(shù)已相對成熟，但在變溫條件下介電特性測試裝置較少，且大多應(yīng)用于陶瓷，冶金物料的測試。……