泥巖物性與改性機(jī)理研究.pdf

1、在煤系地層中，泥巖是主要的構(gòu)成巖，大概占所有沉積巖的50％左右。泥巖是由許多細(xì)小微顆粒構(gòu)成的，這些細(xì)小微顆粒中富含有大量的黏土礦物，同時(shí)也包括了許多石英、長(zhǎng)石和其它礦物等。由于泥巖中黏土礦物的存在，其物理化學(xué)性質(zhì)和自身的狀態(tài)易受到環(huán)境因素（水、溫度、濕度和壓力）的影響，尤其，當(dāng)外界濕度變化后，泥巖會(huì)表現(xiàn)出較強(qiáng)的水敏性，吸水膨脹，失水收縮，容易發(fā)生軟化崩解現(xiàn)象。近年來(lái)，隨著我國(guó)工程建設(shè)的不斷發(fā)展，在巖土工程、井巷工程等眾多工程領(lǐng)域，因泥巖

2、造成構(gòu)造物的破壞，導(dǎo)致工程失穩(wěn)的事故越來(lái)越多，這不僅給建設(shè)者的人身安全帶來(lái)了危害，而且造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，系統(tǒng)的研究泥巖的物化特征，了解泥巖破壞的機(jī)制，為工程提供理論的指導(dǎo)是十分必要的。
　　鑒于此，本文以富含黏土礦物的泥巖為研究對(duì)象，深入的對(duì)煤系地層中泥巖的成巖歷史、物質(zhì)組成成分、化學(xué)組成成分以及泥巖帶來(lái)的工程危害性等方面展開(kāi)了研究，并進(jìn)一步的開(kāi)展了泥巖膨脹性試驗(yàn)、泥巖崩解循環(huán)試驗(yàn)、泥巖壓剪破壞試驗(yàn)和有機(jī)硅改性試驗(yàn)。通過(guò)

3、對(duì)泥巖開(kāi)展試驗(yàn)性的研究，取得了以下成果，主要為:
　　1.通過(guò)對(duì)我國(guó)典型軟巖礦區(qū)、不同成巖地質(zhì)時(shí)期泥巖的物質(zhì)組成、化學(xué)成分分析得出，泥巖中黏土礦物含量跨度較大，范圍5％～74.2％，蒙脫石含量也高低不等，最高54.2％。受不同成巖時(shí)期、成巖地點(diǎn)和成巖環(huán)境差異的影響，煤系地層泥巖的主要化學(xué)成分為SiO2、 Al2O3，兩者的含量占整體含量的75％左右;其中SiO2含量最多，為48.08～78.25％;Al2O3次之，為10.18～2

4、9.18％;泥巖的某些物理性指標(biāo)及力學(xué)指標(biāo)在很大程度上受巖塊的物質(zhì)組成，如顆粒大小、膠結(jié)特性等控制。
　　2.通過(guò)對(duì)泥巖孔裂隙的分布及吸水相關(guān)性的研究，我們得出了泥巖的孔徑小，裂隙發(fā)育程度低，裂隙之間的連通性差，孔裂隙這樣的分布特征使得液體很難在這樣的孔隙中遷徙移動(dòng)，所以在自然條件下，泥巖的隔水性很強(qiáng)。但是在人工擾動(dòng)下，打破了泥巖所處的“天然屏障”，泥巖的宏觀結(jié)構(gòu)被破壞，加之風(fēng)化、吸水、失水等過(guò)程，進(jìn)一步加快了從宏觀結(jié)構(gòu)的破壞到微

5、觀結(jié)構(gòu)破壞的速度，加速了裂隙的發(fā)育，使裂隙間的連通性增強(qiáng)，更利于水分的侵蝕。
　　3.通過(guò)對(duì)泥巖開(kāi)展脹縮性試驗(yàn)，我們得出了泥巖的膨脹性受到層里面方位的影響，隨著層里面與端面夾角的不斷增大，膨脹率逐漸減小;不同的水化學(xué)環(huán)境（濃度、陽(yáng)離子）對(duì)泥質(zhì)巖膨脹性的影響不同。隨著水溶液濃度的降低，巖樣的膨脹率依次增高，膨脹率隨時(shí)間的增加呈臺(tái)階式增長(zhǎng);引入了絕對(duì)膨脹率、相對(duì)膨脹率以及相對(duì)收縮率。干濕循環(huán)次數(shù)與絕對(duì)膨脹率呈正相關(guān)，而與相對(duì)膨脹率和相

6、對(duì)收縮率呈負(fù)相關(guān)。
　　4.通過(guò)對(duì)泥巖開(kāi)展崩解循環(huán)試驗(yàn)，我們探討了泥巖泥化和崩解的內(nèi)在機(jī)理，并運(yùn)用非線性分形理論，定性的揭示了分形維數(shù)值與泥巖崩解的相關(guān)關(guān)系。介紹了泥巖泥化崩解的機(jī)理。
　　5.通過(guò)對(duì)泥巖開(kāi)展了壓剪破壞試驗(yàn)，分析了泥巖破壞每個(gè)階段的裂紋發(fā)展過(guò)程，并運(yùn)用了非線性分形理論，對(duì)破裂塊體的分形特征進(jìn)行了描述。得出分形維數(shù)值D能夠較好的反映出巖體壓剪破壞特征。
　　6.通過(guò)對(duì)泥巖開(kāi)展有機(jī)硅改性試驗(yàn)，對(duì)比研究了改性