溫濕環(huán)境下深井軟巖強(qiáng)度軟化試驗(yàn)研究.pdf

1、本課題來源于黑龍江省教育廳科學(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目“深部軟巖水理物化特性和強(qiáng)度軟化機(jī)理研究”（12511480）、黑龍江科技大學(xué)碩士研究生創(chuàng)新科研項(xiàng)目“溫濕環(huán)境下深井軟巖強(qiáng)度軟化試驗(yàn)研究”（YJSCX2013-004HKJ）、中國礦業(yè)大學(xué)（北京）中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金資助項(xiàng)目“深井黏土類軟巖水理特性研究”（2010QL07）。
　　煤礦深部開采后，巷道圍巖長期處于高地溫、高潮濕環(huán)境，其在溫濕環(huán)境下的水理作用特性及強(qiáng)度軟化規(guī)律亟待研

2、究。本文針對深井軟巖在溫濕環(huán)境下的水理作用特性及強(qiáng)度軟化規(guī)律做了如下研究：
　　1.溫濕環(huán)境下深井軟巖水理作用特性研究。
　　實(shí)地取得黑龍江鶴崗中砂巖、七臺河中砂巖、云南富源細(xì)砂巖、山東萊蕪紅砂巖巖體，試驗(yàn)室內(nèi)鉆芯取樣、切割、磨制成型，并對四種巖石的物理性質(zhì)進(jìn)行測定。將鶴崗中砂巖、七臺河中砂巖、云南細(xì)砂巖短巖樣分為有初始含水率和干燥巖樣兩組，均置于30℃、50℃、70℃高潮濕環(huán)境（RH＞95％）下進(jìn)行吸水測試，研究溫濕環(huán)境下

3、有無初始含水率深井軟巖吸水特性；將云南細(xì)砂巖和山東紅砂巖置于30℃、50℃、70℃高潮濕環(huán)境（RH＞95%）下進(jìn)行長達(dá)90d的吸水測試，研究深井軟巖在長期溫濕環(huán)境下的水理作用特性。結(jié)合SEM（掃描電鏡）、XRD（X-射線衍射）、壓汞試驗(yàn)等測試手段，對深井軟巖巖樣微觀形貌特征、礦物組成成分及其相對含量、孔隙微觀結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行測定，研究溫濕環(huán)境下深井軟巖吸水影響因素。
　　2.溫濕環(huán)境下深井軟巖強(qiáng)度軟化規(guī)律研究。
　　對在30℃、

4、50℃、70℃高潮濕環(huán)境（RH＞95%）下吸水的云南細(xì)砂巖和山東紅砂巖，在其吸水時間為30d、60d、90d時，以及干燥和飽水狀態(tài)的巖樣均進(jìn)行單軸壓縮強(qiáng)度試驗(yàn)。對在30℃、50℃、70℃高潮濕環(huán)境（RH＞95%）下吸水達(dá)到氣液平衡狀態(tài)的云南細(xì)砂巖巖樣，以及干燥和飽水狀態(tài)的巖樣進(jìn)行劈裂抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)；同時對云南細(xì)砂巖干燥巖樣，進(jìn)行劈裂方向與層理面夾角為0°、30°、90°的劈裂抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)。對在30℃、50℃、70℃高潮濕環(huán)境（RH＞95%

5、）下吸水達(dá)到氣液平衡狀態(tài)的山東紅砂巖，以及干燥和飽水狀態(tài)的巖樣進(jìn)行變角（45°、55°、65°）剪切強(qiáng)度試驗(yàn)。
　　本文的創(chuàng)新點(diǎn)在于揭示溫濕環(huán)境下深井軟巖的水理特性及強(qiáng)度軟化規(guī)律。
　　通過以上內(nèi)容的研究，獲得如下成果：
　　1.深井軟巖不管是否具有初始含水率，在溫濕環(huán)境下吸水，一定時間后均達(dá)到氣液平衡狀態(tài)，吸水溫度越高，軟巖吸水速率越快，最終吸水量越大，達(dá)到氣液平衡狀態(tài)所需時間越短。溫濕環(huán)境下有初始含水率的軟巖巖樣吸

6、水過程函數(shù)為Qt=Q0+ a(1-e-bt)，吸水特征曲線大多呈直線型；干燥巖樣吸水過程函數(shù)為Qt= a(1-e-bt)，吸水特征曲線大多呈上凸型。結(jié)合SEM、XRD、壓汞試驗(yàn)，分析得出影響軟巖吸水的主要因素為吸水溫度、軟巖中黏土礦物含量、黏土礦物種類及產(chǎn)狀特征、以及軟巖微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征。
　　2.軟巖巖樣在溫濕環(huán)境下單軸壓縮強(qiáng)度隨時間增長的衰減函數(shù)（公式省略）；軟巖巖樣在溫濕環(huán)境下單軸壓縮強(qiáng)度隨因吸水溫度增加而含水率增加的衰減函

7、數(shù)（公式省略）。
　　3.軟巖隨吸水溫度增加而含水率增大時，其劈裂抗拉強(qiáng)度呈負(fù)指數(shù)衰減趨于飽水劈裂抗拉強(qiáng)度，其衰減函數(shù)為：Rtw=Rtas+(Rtc－Rtas)×e-bw；軟巖劈裂抗拉強(qiáng)度當(dāng)劈裂方向與層理面垂直時最大，劈裂方向與層理面平行時最小。
　　4.隨著巖樣吸水率的增加，砂巖凝聚力呈負(fù)指數(shù)衰減趨勢趨于巖樣飽水時凝聚力，含水率對砂巖凝聚力的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于對內(nèi)摩擦角的影響；本文山東紅砂巖在溫濕環(huán)境下進(jìn)行變角剪切強(qiáng)度試驗(yàn)，得出