An in-depth understanding of the effect of real-time high temperature and loading rate on the fracture toughness of rocks is highly important for understanding the fracture mechanism of Hot Dry Rock (HDR). Three-point bending tests on notched semi-circular bending (NSCB) samples at the real-time temperatures (25, 100, 200, 300, 400 and 500 ℃) and different loading rates (0.1, 0.01 and 0.001 mm/min) were performed to characterize the temperature and rate dependence of the mode I fracture toughness. Besides, the characteristic of the fracture surface morphology was investigated by scanning electron microscope (SEM) and crack deviation distance analysis. Results show that the temperature has a significant effect on the development of intergranular and transgranular cracks. The fracture toughness and peak load are similarly influenced by temperature (i.e., they both decrease with increasing temperature). At the loading rates of 0.1 mm/min and 0.01 mm/min, from 25 to 400 °C, the fracture toughness decreases slightly with decreasing loading rates. However, at a loading rate of 0.001 mm/min, the fracture toughness values above 200 °C are very similar, and the fracture toughness does not strictly follow the law of decreasing with decreasing loading rate. Especially at 500 °C, fracture toughness and loading rate are negatively correlated. Our study also indicates that the effect of loading rate on macroscopic crack propagation path at real-time high temperature is not obvious. This study could provide an important basis for evaluating the safety and stability of geothermal engineering.

中文翻译：

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实时高温和加载速率对花岗岩Ⅰ型断裂韧性的影响

深入了解实时高温和加载速率对岩石断裂韧性的影响，对于了解干热岩（HDR）的断裂机理具有重要意义。在实时温度（25、100、200、300、400 和 500 ℃）和不同加载速率（0.1、0.01 和 0.001 mm/min）下对缺口半圆弯曲 (NSCB) 样品进行三点弯曲测试用于表征模式 I 断裂韧性的温度和速率依赖性。此外，通过扫描电子显微镜（SEM）和裂纹偏差距离分析研究了断口形貌特征。结果表明，温度对沿晶和穿晶裂纹的发展有显着影响。断裂韧性和峰值载荷同样受温度影响（即，它们都随温度升高而降低）。在 0.1 mm/min 和 0.01 mm/min 的加载速率下，从 25 到 400 °C，随着加载速率的降低，断裂韧性略有下降。然而，在0.001 mm/min的加载速率下，200 ℃以上的断裂韧性值非常相似，断裂韧性并不严格遵循加载速率减小的递减规律。尤其是在 500 ℃时，断裂韧性和加载速率呈负相关。我们的研究还表明，加载速率对实时高温下宏观裂纹扩展路径的影响并不明显。该研究可为评价地热工程的安全性和稳定性提供重要依据。它们都随着温度的升高而降低）。在 0.1 mm/min 和 0.01 mm/min 的加载速率下，从 25 到 400 °C，随着加载速率的降低，断裂韧性略有下降。然而，在0.001 mm/min的加载速率下，200 ℃以上的断裂韧性值非常相似，断裂韧性并不严格遵循加载速率减小的递减规律。尤其是在 500 ℃时，断裂韧性和加载速率呈负相关。我们的研究还表明，加载速率对实时高温下宏观裂纹扩展路径的影响并不明显。该研究可为评价地热工程的安全性和稳定性提供重要依据。它们都随着温度的升高而降低）。在 0.1 mm/min 和 0.01 mm/min 的加载速率下，从 25 到 400 °C，随着加载速率的降低，断裂韧性略有下降。然而，在0.001 mm/min的加载速率下，200 ℃以上的断裂韧性值非常相似，断裂韧性并不严格遵循加载速率减小的递减规律。尤其是在 500 ℃时，断裂韧性和加载速率呈负相关。我们的研究还表明，加载速率对实时高温下宏观裂纹扩展路径的影响并不明显。该研究可为评价地热工程的安全性和稳定性提供重要依据。随着加载速率的降低，断裂韧性略有下降。然而，在0.001 mm/min的加载速率下，200 ℃以上的断裂韧性值非常相似，断裂韧性并不严格遵循加载速率减小的递减规律。尤其是在 500 ℃时，断裂韧性和加载速率呈负相关。我们的研究还表明，加载速率对实时高温下宏观裂纹扩展路径的影响并不明显。该研究可为评价地热工程的安全性和稳定性提供重要依据。随着加载速率的降低，断裂韧性略有下降。然而，在0.001 mm/min的加载速率下，200 ℃以上的断裂韧性值非常相似，断裂韧性并不严格遵循加载速率减小的递减规律。尤其是在 500 ℃时，断裂韧性和加载速率呈负相关。我们的研究还表明，加载速率对实时高温下宏观裂纹扩展路径的影响并不明显。该研究可为评价地热工程的安全性和稳定性提供重要依据。且断裂韧性不严格遵循随加载速率降低而降低的规律。尤其是在 500 ℃时，断裂韧性和加载速率呈负相关。我们的研究还表明，加载速率对实时高温下宏观裂纹扩展路径的影响并不明显。该研究可为评价地热工程的安全性和稳定性提供重要依据。且断裂韧性不严格遵循随加载速率降低而降低的规律。尤其是在 500 ℃时，断裂韧性和加载速率呈负相关。我们的研究还表明，加载速率对实时高温下宏观裂纹扩展路径的影响并不明显。该研究可为评价地热工程的安全性和稳定性提供重要依据。