机械开挖法以其对围岩损伤小、自动化程度高、施工效率高等优点广泛应用于岩石破碎工程中,但是机械开挖也存在遇到硬岩时刀具磨损严重,开挖进度慢、花费高等缺点。近年来已有学者研究发现,微波照射能够有效弱化岩体结构,并提出了微波辅助机械破岩的新方法,即预先利用微波加热岩体使岩体的强度和摩擦性降低,从而提高机械开挖的效率并减小刀具磨损,具有广阔的应用前景。本文以火成岩为研究对象,对十种常见造岩矿物和十种火成岩在500W微波功率下照射3min,通过升温速率区分了不同矿物和岩石的微波敏感性,并探究了晶型、元素对矿物升温的影响,及矿物比例、岩石结构对岩石升温的影响。此外,通过对比研究五种火成岩在微波照射前后物理力学性质的变化,揭示了微波照射岩石弱化的机制及影响因素,得到如下结论:(1)不同造岩矿物对微波的敏感性不同,其中紫苏辉石为敏感矿物,钙铁辉石和黑云母为中等敏感矿物,镁橄榄石、透辉石、角闪石、斜长石、正长石和石英为不敏感矿物。赤铁矿、磁铁矿、黄铁矿等矿石矿物的敏感性要远高于普通造岩矿物,属于极敏感矿物。(2)从矿物学特征来说,矿物的升温特性与矿物种类(族和亚族)和元素分布(Fe元素含量)有关。从族类而言,辉石和黑云母对微波较敏感,而长石、橄榄石、石英、角闪石等不敏感;从亚族而言,斜方辉石要好于单斜辉石;从元素分布而言,在同一亚类的矿物里面,Fe元素含量越多的矿物,升温效果越好。(3)岩石的升温速率主要受岩石中敏感矿物的种类和含量影响,本文的十种火成岩中,辉石和黑云母含量越多的岩石,其升温速率越高。整体而言,基性岩的升温速率最高,中性岩次之,酸性岩最差。(4)岩石升温预测模型除需考虑矿物种类和含量影响外,还需考虑比例修正系数和结构系数的影响。在二元配比模型中,紫苏辉石的比例修正系数大于1,且随含量的增加而降低,最终趋向于1;斜长石的比例修正系数小于1,且随含量的增加而增加,最终也趋向于1。同等质量的岩石块体和岩石粉末在相同试验条件下,块体的升温是粉末的2到3倍,且基性岩的结构影响系数要大于中性岩和酸性岩。(5)石英二长岩1#在2kW功率下随着照射时间的增加,弱化效果越来越明显,在2min、4min和6min时其强度较原岩分别下降了 0.05%、20.7%、41.7%;在2kW功率,4min照射时间的试验条件下,基性岩的弱化效果最好,中性岩次之,酸性岩最差,其中辉绿岩1#强度下降了 3 1.5%,石英二长岩1#和2#的强度分别下降了 20.7%和16%;碱长花岗岩3#强度几乎不变;除了组成矿物和原岩强度外,岩石中含有的一些特殊构造与组份也会影响岩石的弱化效果(如辉绿岩2#中含有的碳酸盐杏仁体以及空隙周边分布的铁矿),结果导致虽然辉绿岩2#的原岩强度比辉绿岩1#高,但在相同试验条件下更容易破坏。