微波照射下矿物升温特性与岩石弱化效果研究综述

赵沁华，赵晓豹*，郑彦龙，李建春，何 磊，刘汉文，余家旺

1.南京大学地球科学与工程学院，南京210023；

2.东南大学土木工程学院，南京211189

1 引言

目前岩石工程主要采用钻爆法与机械开挖法两种方法进行施工（李夕兵，2010；刘柏禄等，2011）。钻爆法利用炸药瞬间释放的巨大能量破碎岩石（体），该方法在大型岩石工程中显示出无可比拟的优势，在当前和今后相当长的时间内仍将大量存在。然而，该方法对原岩的扰动大，易造成围岩破坏及对周边环境的影响，同时也存在施工精度低、破碎块度不均匀和围岩支护困难等缺点。为了克服这些缺点，机械破岩于过去的一个世纪中在采矿选矿、石材加工、隧道掘进和石油钻进等领域得到了快速发展。根据作业条件的不同，出现了基于切削、冲凿、碾压和研磨等不同方式的破岩方法和技术。但机械破岩也有其局限性，以TBM 隧道掘进为例，当其面对强度较大的岩石（特别是单轴抗压强度在200 MPa 以上）时，机械切削破碎将变得极为困难，不仅破岩效率低下，而且刀具损耗严重，最终导致施工成本增加，工期延长甚至停工（表1）。

近年来，许多学者对一些新型破岩或辅助破岩的方法进行了尝试，如水射流法、微波法、激光法、热熔法、火花放电法和化学破碎法等（张宗贤，1995；赵秉成等，2010）。其中，以水射流法和微波法的研究应用较为深入，且发展较快；而其它方法由于经济和实用性等方面的原因，目前的研究相对较少。水射流技术最早应用于采矿业。随着水射流高压设备的研制成功和磨料添加技术的应用，高压水射流法已被较广的应用于岩石破碎和材料切割领域（伊常德和陈享文，1984）。大量试验表明（金国栋，1987；杨永印和李根生，2003），高压水射流法适合破碎强度较低的岩石，同时对空隙率大和渗透性高的岩石具有较好的破碎效果；而对于致密硬岩，高压水射流法虽可用于此类岩石的切割，但其切割深度和效率却受到岩石强度、空隙率和岩石厚度等因素的极大限制。因此，该技术还难以在现场对大体积坚硬岩体进行有效破碎（卢朝栋，1981；李根生等，2009）。

微波是指频率在300 MHz～300 GHz 范围内的电磁波，其波谱处于无线电波与红外线之间。自1936 年美国取得波导传输试验成功后，微波技术在广播、通信、电视和遥感等领域逐渐得到广泛应用（杨瑞昆，2006；全绍辉，2011）。而在微波的使用过程中，一些学者发现微波会引起热效应，于是开始对微波加热技术进行研究（王家万和王亚夫，2012）。当电介质在微波照射作用下，介质中的偶极子随着电磁场的高频交变产生每秒高达数亿次的摆动（微波加热设备常用的频率为915 MHz 和2.45 GHz）。由于必须克服分子原有的热运动和分子间相互作用的干扰及阻碍，而产生激烈的摩擦，从而使微波能转化为介质的热能，宏观表现为介质温度的升高。微波产生的升温具有体加热性质，即材料内部与外部可同时加热升温，从而大大缩短了常规加热中的热传导时间及减少了该过程中的能量损耗；同时微波加热具有选择性，介电损耗因子大的物质对微波的吸收能力强，而介电损耗因子小的物质吸收微波的能力弱。岩石是由不同矿物组成的，各类矿物对于微波的敏感程度不同。当岩石处于微波场中时，不同敏感性的矿物由于差异性热膨胀而在颗粒边界和内部产生热应力，当该应力超过岩石强度时，则会造成岩石损伤、甚至开裂破坏（潘艳宾，2016）。

表1 坚硬岩石条件下TBM掘进困难工程实例Table 1 TBM project with hard rock boring problems

微波独立或者辅助机械破碎岩石的研究起源于20世纪70年代的前苏联，其现场试验超前于实验室研究，最初的目的是想为冻土及岩石开挖探寻一种快速和低能耗的施工方法。Gushchin 等（1979）设计了一台综合微波和机械施工优点的联合掘进机（断面为10 m2、微波功率为450 kW）对某磷灰矿进行了现场开采试验，结果表明：机械掘进、微波掘进和微波-机械联合掘进三种模式的掘进速度分别为0.2、0.15 和0.7～0.8 m/h，而比能分 别 为 290、 160 和 60～70 kWh/m3。 Protasov 等（1984）利用一台功率为380 kW的微波-机械联合掘进机进行了隧道掘进试验，其联合模式的掘进速率达到7 m/h，比机械模式的2.8 m/h 提高了1.5倍。然而，随着20世纪80年代后隧道掘进机施工性能的大幅提升以及钻爆技术的快速发展，微波独立或辅助机械破岩的研究工作没有得到延续。随着经济的高速发展，重大建设项目的数量、规模和复杂性都较以前有显著增加，工程领域面对坚硬岩石的情况越来越多，同时社会对炸药等危险爆炸物的管控也日趋严格，因此微波独立或辅助机械破岩技术又逐渐成为当今的研究热点。本文将从微波照射下矿物升温特性、岩石弱化影响因素与机制、微波面照射三方面对该领域的前期研究成果进行综述。

2 微波照射下矿物升温特性研究

依据微波理论，单位体积介质在微波场中吸收的能量可以表示为（Metaxas and Meredith,1988；Meredith,1997）：

其中，P为单位体积介质吸收的微波功率（W/m3）；f为微波频率（Hz）；ε0为真空介电常数（8.85×10-12F/m）；E为介质内部的有效电场（V/m）；ε″为介电损耗因子，表征各种介质吸收微波的能力。ε″越高的物质（如水和各种含水物质具有较高的介电损耗因子），在微波场中越容易吸收微波能而使自身温度升高。表2列出了一些常见矿物的介电损耗因子和比热容，从表中可以看出：（1）一些矿物（如石英、正长石、斜长石等）的介电损耗因子较小，对微波能的吸收能力较差；而其它矿物（如黑云母、透辉石等）的介电损耗因子较大，能够有效吸收微波能；（2）由于矿物自身的变异性、及测量设备和方法的不同（介电参数测量可采用短路波导法和谐振腔法等多种方法），不同学者对同类矿物测得的结果相差较大；（3）各类矿物的比热容相差不大，其在微波照射下的升温速率主要由介电损耗因子决定，因此，除直接测量矿物的介电参数外，不少学者还通过测量矿物微波加热的升温速率来表征其对微波的敏感性。

表2 常见造岩矿物的介电损耗因子和比热容Table 2 ε″and Cp of common rock-forming minerals

Ford和Pei（1967）对17种氧化物、硫化物和木炭进行了尝试性微波加热试验，发现部分物质能够在1 分钟内加热到几百度。 Chen 等（1984）对40 种矿物进行了微波加热试验，发现大多数硅酸盐矿物、碳酸盐矿物和硫酸盐矿物、某些氧化物和硫化物对微波不敏感，不能被有效加热；但大多数硫化物、砷化物、砷硫化物和一些金属氧化物很容易被加热，甚至发生熔化、分解；一般情况下，矿石矿物比脉石矿物更为敏感，且矿物对微波的反应还与其元素组成有关，比如低铁的闪锌矿对微波不敏感，而当闪锌矿中的Zn 较多的被Fe 取代形成高铁闪锌矿时，其微波敏感性显著提高。Walkiewicz 等（1988）对154 种电介质的微波加热特性进行了详细的定量研究，并论述了微波加热矿物时的温度测定问题，弥补了Chen 等（1984）研究中温度无法准确测量的不足。根据所测样品达到的最高温度和所用时间，Walkiewicz等（1988）发现金属氧化物和一些特殊物质（如非晶碳）的升温速率很快，能够达到很高的温度；大多数金属硫化物和金属粉末升温较好；大多数氯化物和脉石矿物几乎没有升温效应。McGill 等（1988）在Walkiewicz 等（1988）成果的基础上研究了微波功率（0.5～2 kW）对矿物升温特性的影响，结果表明脉石矿物（如石英和方解石等）对微波不敏感，且微波功率的变化对其升温效果的影响也不明显；氯化物在低功率时升温较慢，但在高功率下升温速率明显提高；大多金属氧化物和金属硫化物的升温速率较快，且随着功率的增加进一步变大；某些对微波极其敏感的矿物（如磁铁矿和方铅矿等）在任何功率下都有很高的升温速率。Harrison（1997）基于前人和自己的矿物升温试验结果，认为在分析升温速率的影响因素时，前人所用的化学（元素）分类法具有一定的缺陷，例如大多数硫化物的升温效果较好，但闪锌矿的升温效果却不好，磁铁矿的升温速率很高，但赤铁矿的升温速率却很一般。因此Harrison（1997）提出可将微波与光进行类比，吸收光的暗色矿物对微波的吸收能力较好，升温速率较高，而反射或折射光的浅色矿物对微波的吸收能力较差，升温速率较低（表3）。

表3 根据矿物的光学特性对其微波敏感性进行分类（Harrison,1997）Table 3 Categorizing minerals according to their optical properties

上述学者主要立足于矿业工程的需要，对矿物（大多是矿石矿物）的加热特性开展了研究，而土木工程领域所遇到的岩石主要由造岩矿物组成，因此一些学者就造岩矿物的微波敏感性进行了系统研究。Lu 等（2017）比较了11 种造岩矿物在微波照射下的升温速率，发现顽火辉石的升温速率最大，黑云母次之，其它矿物（两种钾长石、两种白云母、角闪石、橄榄石、钠长石、石英和方解石） 的升温速率较小；同时基于SEM-EDX 元素分析，Lu 等 （2017） 认为 Fe 元素的存在会对矿物的微波吸收能力产生影响，越是富含Fe 元素的矿物，升温效果越好。Zheng（2018）对8 种常见造岩矿物的微波升温特性进行了研究，发现角闪石和黑云母对微波最为敏感，正长石次之，其余矿物（石英、透辉石、橄榄石、白云母和斜长石）则对微波不敏感。刘汉文（2018）研究了10种常见火成岩造岩矿物的微波加热升温特性，其中紫苏辉石最为敏感，钙铁辉石和黑云母（两种）次之，其它矿物（普通角闪石、镁橄榄石、正长石、透辉石、斜长石和石英）对微波的敏感性较差。通过对矿物升温特性、矿物类型和Fe 元素含量的综合分析（图1），刘汉文认为（1）矿物族类对其微波敏感性的影响最大（大多数造岩矿物对微波不敏感，只有少数暗色矿物的微波加热效果较好）；（2）在同一族矿物中，晶型对矿物升温特性的影响大于Fe 元素含量的影响；（3）同一族矿物在晶型相同的情况下，Fe 元素含量越高，升温特性越好；（4）矿石矿物的微波敏感性远高于造岩矿物。

图1 10种火成岩造岩矿物在0.5 kW微波照射下的温度变化及其铁元素含量（刘汉文，2018）Fig.1 Temperature of 10 rock-forming minerals under the irradiation of 0.5 kW microwave and their Fe content

3 微波弱化岩石影响因素与机制研究

自20世纪90年代以来，人们对微波照射下的岩石弱化效果开展了大量研究，发现微波弱化岩石的影响因素可分为微波条件（微波功率与照射时间）和岩石条件（矿物种类及含量、颗粒大小和岩石含水情况）两大类。

3.1 微波条件

许多学者研究发现，随着微波功率和照射时间的增加，岩石样品温度升高，宏细观裂纹增加，强度下降；同时对于一定功率，当照射时间增加到一定程度时，强度等指标的变化趋于平缓。Satish 等（2006）将玄武岩样品在0.75 kW 微波下加热60、120、180和360 s，发现随着照射时间的增加，样品表面温度呈近似线性升高。Hartlieb等（2012）在对玄武岩进行微波照射试验时也得到类似结果，同时作者还发现样品的中心温度远高于表面温度。Nejati等（2012）采用1 kW和2 kW的微波照射了玄武岩样品30 s，1 kW 微波照射后的样品外观未见明显变化，而2 kW微波照射后的样品表面产生了3 条宏观裂纹。Kingman 等（1999）用2.6 kW的微波处理钛铁矿，并用电子显微镜观察了不同照射时间后样品的微观结构，如图2。从图中可以看出，当照射时间为30 s时，样品中微裂隙的数量比原状样品明显增加；而当照射时间为60 s 时，除微裂隙数量进一步增加外，其宽度也有所增长。戴俊等（2017）用1 kW和5 kW的微波照射了花岗岩，并对照射后的样品进行巴西圆盘劈裂试验，结果如图3所示。从图中可以看出，当照射时间相同时，高功率微波能够更有效地弱化岩石强度；而当功率一定时，岩石强度随着照射时间的增加而下降，但其下降幅度随着照射时间的增长而趋缓。Whittles等（2003）以及Ali和Bradshaw （2009）对上述现象进行了数值模拟，得到了不同微波条件下岩石内部的应力和裂隙发育情况。他们发现功率和时间的增加都将提高不同敏感性矿物间的温度梯度，产生更大的热应力，进而造成更多的裂纹和破坏；然而对于一定功率，当照射时间较长时，矿物间的热传导较为充分，矿物间的温度梯度和热应力随时间的增幅下降，从而使强度下降的幅度显著降低。

图2 钛铁矿受到微波照射时微观结构的变化（Kingman,1999）Fig.2 Change of ilmenite’s microstructure under microwave irradiation

图3 不同功率和照射时间下花岗岩抗拉强度变化（戴俊等，2017）Fig.3 Variation of tensile strength of granite under different power and time

为了深入探究微波条件对岩石弱化效果的影响，一些学者开展了相同微波能量下，不同功率和照射时间组合的试验，发现当消耗能量相同时，高功率短时间的微波照射能够产生更好的岩石弱化效果。Kingman等（2004）对铜矿石用5 kW的微波照射1 s 后，邦德功指数降低了33%；而用10 kW 的微波照射0.5 s 后，邦德功指数降低了74%，该现象在其他学者的研究中也得到了体现（朱要亮，2018；Ali and Bradshaw, 2011；Qin and Dai, 2016）。Wang 和Djordjevic（2014） 用有限元法模拟了相同能量下，不同功率密度（单位体积内的微波功率）的微波场在矿物边界产生的应力，发现在高功率条件下，敏感矿物能在很短的时间内达到较高的温度，而对应非敏感矿物的温度很低，进而在矿物间产生明显的差异性膨胀，有效弱化岩石强度；而当功率较低时，敏感矿物的升温较慢，很多热量由于热传导作用被传到不敏感矿物上，导致矿物间的温度梯度较为平缓，热应力减小，从而岩石弱化效果较差。

目前微波设备依据谐振腔的不同可分为多模式和单模式两种。多模式微波因其在腔体中产生的微波场分布较为均匀（场强具有代表性），而被室内标准样品试验广泛采用；单模式微波通过对谐振腔尺寸的特殊设计使微波在腔内形成驻波，照射能量集中，能够在局部产生比多模式微波更高的功率密度。刘汉文（2018）采用0.5 kW 多模式微波照射基性岩时，3 min后岩石表面温度可达165℃；而Zheng（2017）采用0.5 kW 单模式微波照射基性岩时，仅30 s 时间岩石局部温度就达到200℃。Kingman 等（2004）比较了相同输入功率（10 kW）下，多模式和单模式微波对岩石弱化效果的影响。当采用多模式微波时，岩石强度下降50%需要照射5 s，而采用单模式微波只需照射0.5 s即可达到同样效果。

3.2 岩石条件

岩石是由不同矿物组成的，其所含矿物的微波敏感性和敏感矿物的含量对岩石的升温及弱化效果影响较大。Kingman等（2000）用2.6 kW的微波对4 种矿石（钛铁矿、硫化矿、金矿和碳酸盐矿）照射4 min后，发现除了金矿石，其它矿石的邦德功指数均明显下降（该三种矿石均含有对微波极敏感的磁铁矿）。Motlagh（2009）研究了微波照射下几种岩石的升温特性、抗压和抗拉强度变化规律。其中，玄武岩（含有70%～75%的黄铁矿）在1.25 kW 功率下加热4 min 就升温至350℃，并且出现大裂纹，其抗压和抗拉强度分别下降了40%和80%；石灰岩（含有15%～20%的金属氧化物和硫化物）、片麻岩（含有5%～10%的金属氧化物和硫化物）、辉长岩（含有少量金属氧化物和硫化物）在3 kW 功率下照射4 min 能够达到250%～350℃，且各强度指标也出现明显下降；花斑岩和花岗岩主要由对微波不敏感的矿物组成，其在微波作用下升温缓慢（部分样品甚至在3 kW功率下因为吸收微波能量过少而导致微波炉过载出现打火花现象），强度变化也不甚明显。上述结果与不同岩石所含敏感矿物的种类及含量有关，岩石所含矿物的敏感程度越高，其加热速率越快，矿物间的温度梯度和热应力也越大；而当岩石含有一定量的敏感矿物时，微波照射能够在岩石中产生较多的微裂纹，进而弱化岩石。Batchelor 等（2015）用15～25 kW 的微波处理了13 种矿石，并结合其矿物学特征和点荷载试验对弱化效果进行了分析，结果显示当矿石中的敏感矿物含量在2%～20%之间时，其弱化效果最好；当敏感矿物含量在20%～40%之间时，弱化效果次之；而当敏感矿物含量大于40%或小于2%时，其弱化效果较差。

Scott 等（2008）基于矿石解离试验分析了矿物颗粒大小对矿石弱化效果的影响，发现敏感矿物颗粒的尺寸越大，矿石的破碎效果越好，该结论也在Rizmanoski（2011）的试验中得到验证。Salsman 等（1996）用有限元法模拟了敏感矿物种类和含量相同时，敏感矿物尺寸对微波弱化岩石效果的影响，发现敏感矿物尺寸越大时，其与周围矿物的接触面积越小，通过热传导损失的能量也越少，进而会在颗粒间形成较大的温度梯度和热应力。

天然岩石具有一定的空隙率。根据所处环境的不同，岩石空隙中或多或少会有一定水分的存在。水是对微波极其敏感的物质，受到微波照射时会快速升温并汽化；当水蒸汽逃逸所需要的时间远大于微波加热时间时，会在岩石空隙中产生蒸汽压力，并随着温度的增加而变大（图4）；当此压力大于岩石强度时，就会产生微裂隙，进而弱化岩石。Peinsitt 等（2010）比较了干燥和饱和状态下的玄武岩、花岗岩和砂岩在微波照射下的升温和强度变化。由于水的影响，饱和砂岩样的介电损耗因子比干燥样品大很多，在3 kW微波照射30 s 后即发生炸裂现象；花岗岩饱和后的介电损耗因子略有升高，其升温和强度弱化效果也比干燥样略为明显；玄武岩干燥和饱和状态下的微波照射效果几乎没有差别。然而，戴俊等（2018）采用8 kW 的微波对在水中浸泡不同时间（0～24 h）的玄武岩样进行照射（3 min），发现随着浸泡时间的增长，微波照射后岩样的内部损伤更大，抗剪强度也更低。

图4 蒸汽压力与温度关系曲线Fig.4 Relationship between steam pressure and temperature

上述研究中，微波对岩石的弱化主要是通过加热岩石中的敏感矿物而产生矿物间的差异性膨胀致裂，或者加热岩石空隙中的水使其汽化膨胀致裂。除了以上两种机制，微波的热效应有时还会使岩石中矿物发生较大的物理或化学变化，进而对其升温特性和强度弱化效果产生较大影响。石英在573℃时会发生α-β的相变（赵明，2010）。相应的，Hartlieb 等（2016）测量了玄武岩、花岗岩和砂岩在25～1000°C的热力学性质，发现富含石英的花岗岩和砂岩在573℃时，比热容、热扩散和热膨胀系数都发生了突变，而不含石英的玄武岩则不发生此类变化，因此石英相变可以在微波弱化花岗类岩石中起到很大作用（卢广亮，2016）。Peng等（2013）测量了石英在915MHz和2.45 GHz下介电损耗因子随温度的变化情况。在上述两种频率下，石英的介电损耗因子在0～500℃时基本保持不变；在500～1000℃内，介电损耗因子则增长了8倍（在此温度区间内，石英吸收微波的能力大大增强）。基于此原理，Jerby 等 （2005） 以及Meir 和Jerby（2012）设计了最高功率为0.1 kW的小型微波钻头，可对玻璃实现局部快速熔融。刘汉文（2018）对其微波照射试验中出现的某种辉绿岩炸裂现象（该种辉绿岩在2 kW微波照射120 s后突然炸裂，而炸裂时的岩石温度仅300℃左右）进行了深入研究，发现该种辉绿岩内部存在一些孔洞和杏仁体，部分孔洞内与附近含有一些暗红色的铁氧化物（对微波极敏感矿物）；部分较大的孔洞被次生矿物充填形成杏仁体，而充填物质主要为碳酸盐类的物质（滴稀盐酸时有冒泡反应，见图5），这些次生矿物在高温下容易分解产生气体，进而形成极高的气压使岩样炸裂。此外，在矿业工程中，微波的热效应也会引起矿石中的矿物发生化学变化，进而提高矿物处理的效果（Olubambi et al.,2007；Olubambi,2009；Omran et al.,2014）。

4 微波面照射试验研究

标准样品试验可系统的研究微波弱化岩石的影响因素和机制，而微波面照射试验则更符合工程应用实际情况。图6 为微波辅助破岩示意图（Hassani et al., 2016）。Nekoovaght 等 （2015） 和Hassani等（2016）采用3 kW的微波对多层玄武岩岩板（12 块尺寸为40 cm×40 cm×2 cm 的岩板）进行了照射，并测量了照射距离不同时各层岩板中心的温度以及裂纹密度。结果表明当照射距离最近时（试验中设定的最小照射距离为3.5 cm），表面岩板在照射60 s 后温度达到150℃，未出现裂纹，而照射120 s 后其温度达到了240℃，局部裂纹密度为2.8%；当照射时间一定时，温度和裂纹密度均随着照射距离的增加而减小，且在照射距离大于12 cm后急剧衰减；当照射时间和距离相同（12 cm 以内）时，温度和裂纹密度随着岩板层数的增加而减小。Koiwa 等（1975）对边长80 cm 的花岗岩样进行了微波照射试验（采用27 kW 微波照射12 min 和19 kW 微波照射30 min），发现岩石表面均有碎块剥落形成坑洞，并可观测到深度超过 20 cm 的裂纹。Takahashi 等 （1979） 采用 34～60 kW的微波对边长1 m的花岗岩和安山岩样进行了照射（34 min），发现两种岩块表面均具有放射状裂纹，同时作者于样品的不同位置进行了钻芯取样并测量其单轴抗压强度和超声波波速，结果表明微波处理后的岩石强度和波速均有显著降低。Toifl 等（2016，2017）模拟了面照射情况下岩石大样的温度和应力分布，以及裂纹扩展情况。结果显示在温度梯度和选择性加热的共同作用下，照射点附近会产生径向最大主应力和宏观裂纹。Hartlieb和Grafe（2017）采用24 kW的微波对50 cm×50 cm×30 cm的花岗岩样进行了点阵式照射（每个点照射30 s），而后进行线性切割试验（如图7），发现岩样在微波照射后其照射点附近出现了较为密集的径向裂纹，而在相同进尺条件下，微波处理后岩样所需切割力降低了10%（图8），该趋势在Shepel 等（2018）的类似试验研究中也得到了体现。Lindroth等（1993）采用最大功率为25 kW 的微波对玄武岩和花岗闪长岩块进行了照射，而后开展钻机钻进试验。研究表明微波照射可大大提高岩石钻进速度（微波辅助机械钻进可使效率提高约2～3 倍）；同时作者指出微波辅助施工的方法虽然增加了微波能的费用，但提高了施工效率和减少了钻头磨损，而产生微波能的额外成本明显小于开挖速度的提高和钻头消耗降低所带来的效益。

图5 辉绿岩内部的孔洞和杏仁体（刘汉文，2018）Fig.5 Holes and amygdaloid bodis inside the diabase

图6 微波辅助破岩示意图（Hassani et al.,2016）Fig.6 Diagram of microwave-assisted rock breaking

图7 微波辅助线性切割试验（Hartlieb and Grafe,2017）Fig.7 Microwave-assisted linear cutting test

图8 岩样照射点附近的裂纹分布和微波照射前后平均切割力的变化（Hartlieb and Grafe,2017）Fig.8 Crack distribution around irradiation point and the change of mean cutting force before and after microwave irradiation

5 结论

（1）不同矿物对微波的敏感程度不同，其敏感程度与矿物的族类、晶型和铁元素含量有关。当岩石处于微波场中时，不同敏感性的矿物由于差异性热膨胀而在颗粒边界和内部产生热应力；当此应力大于岩石强度时，则会造成岩石损伤、甚至开裂破坏，从而弱化岩石。

（2）岩石强度随着微波功率和照射时间的增加而下降，同时对于一定功率，当照射时间增加到一定程度时，强度等指标的变化趋于平缓。在消耗能量相同的情况下，高功率短时间的微波照射能够产生更好的弱化效果。单模式微波通过谐振腔尺寸的特殊设计能够在局部产生比多模式微波更高的功率密度。

（3）岩石所含矿物的微波敏感性越高，敏感矿物颗粒尺寸越大，及含量适当时，其微波照射的弱化效果越明显。水是对微波极其敏感的物质，含水状态的岩石受到微波照射后，能够比干燥状态产生更大的损伤。

（4）微波的热效应有时会使岩石中矿物发生较大的物理或化学变化（例如石英相变及其介电性质变化，特殊物质的受热分解等），进而对其升温特性及弱化效果产生较大影响。

（5）微波面照射能使大尺寸岩样在照射区域产生放射状裂纹，从而有效降低岩石强度，提高破岩效率。

总体而言，目前对微波独立或辅助机械破岩技术的研究已取得了较丰硕的成果。随着研究的深入，该方法（微波加热和机械破岩技术相结合）有望成为将来解决坚硬岩石条件下机械开挖施工困难的有效手段之一。