泥巖物性與改性機理研究.pdf

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

2、造成構造物的破壞，導致工程失穩(wěn)的事故越來越多，這不僅給建設者的人身安全帶來了危害，而且造成了巨大的經(jīng)濟損失。因此，系統(tǒng)的研究泥巖的物化特征，了解泥巖破壞的機制，為工程提供理論的指導是十分必要的。
　　鑒于此，本文以富含黏土礦物的泥巖為研究對象，深入的對煤系地層中泥巖的成巖歷史、物質組成成分、化學組成成分以及泥巖帶來的工程危害性等方面展開了研究，并進一步的開展了泥巖膨脹性試驗、泥巖崩解循環(huán)試驗、泥巖壓剪破壞試驗和有機硅改性試驗。通過

3、對泥巖開展試驗性的研究，取得了以下成果，主要為:
　　1.通過對我國典型軟巖礦區(qū)、不同成巖地質時期泥巖的物質組成、化學成分分析得出，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％。受不同成巖時期、成巖地點和成巖環(huán)境差異的影響，煤系地層泥巖的主要化學成分為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及力學指標在很大程度上受巖塊的物質組成，如顆粒大小、膠結特性等控制。
　　2.通過對泥巖孔裂隙的分布及吸水相關性的研究，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，所以在自然條件下，泥巖的隔水性很強。但是在人工擾動下，打破了泥巖所處的“天然屏障”，泥巖的宏觀結構被破壞，加之風化、吸水、失水等過程，進一步加快了從宏觀結構的破壞到微

5、觀結構破壞的速度，加速了裂隙的發(fā)育，使裂隙間的連通性增強，更利于水分的侵蝕。
　　3.通過對泥巖開展脹縮性試驗，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;不同的水化學環(huán)境（濃度、陽離子）對泥質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，膨脹率隨時間的增加呈臺階式增長;引入了絕對膨脹率、相對膨脹率以及相對收縮率。干濕循環(huán)次數(shù)與絕對膨脹率呈正相關，而與相對膨脹率和相

6、對收縮率呈負相關。
　　4.通過對泥巖開展崩解循環(huán)試驗，我們探討了泥巖泥化和崩解的內(nèi)在機理，并運用非線性分形理論，定性的揭示了分形維數(shù)值與泥巖崩解的相關關系。介紹了泥巖泥化崩解的機理。
　　5.通過對泥巖開展了壓剪破壞試驗，分析了泥巖破壞每個階段的裂紋發(fā)展過程，并運用了非線性分形理論，對破裂塊體的分形特征進行了描述。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.通過對泥巖開展有機硅改性試驗，對比研究了改性