含水率影响下砂质泥岩直剪特性及声发射特征

TD315; 剪切破坏是煤矿开采中岩石破坏的主要类型之一.开采扰动引起顶板覆岩结构与完整性遭到破坏,致使含水层以层间径流向垂向径流转变,水-岩作用下岩石剪切破坏特征将发生显著改变.为研究水作用下岩石剪切破坏特征演化规律,以神东矿区乌兰木伦煤矿3-1煤顶板砂质泥岩为研究对象,通过薄片显微鉴定试验得到了其组分及微结构特征;结合无损浸水试验装置测试了其含水率随时间变化规律,确定了砂质泥岩含水率状态,为研究含水率影响下砂质泥岩直剪特性演化规律提供了可能;利用自制的岩石直剪试验系统,并结合声发射监测结果,探讨了含水率影响下砂质泥岩直剪变形破坏规律、强度损伤及声发射特征.结果 表明:砂质泥岩具有水平层理构...

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Published in煤炭学报 Vol. 46; no. 9; pp. 2910 - 2922
Main Authors 姚强岭, 王伟男, 杨书懿, 方杰, 周保精
Format Journal Article
LanguageChinese
Published 国家能源集团煤炭开采水资源保护与利用国家重点实验室,北京102211 01.09.2021
中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室,江苏徐州221116%中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室,江苏徐州221116%山西师范大学国有资产与实验室管理处,山西临汾041000%国家能源集团煤炭开采水资源保护与利用国家重点实验室,北京102211
Subjects
水-岩作用;直剪;Mohr-Coulomb准则;声发射;显微特征
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ISSN0253-9993
DOI10.13225/j.cnki.jccs.2020.0903

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Summary:TD315; 剪切破坏是煤矿开采中岩石破坏的主要类型之一.开采扰动引起顶板覆岩结构与完整性遭到破坏,致使含水层以层间径流向垂向径流转变,水-岩作用下岩石剪切破坏特征将发生显著改变.为研究水作用下岩石剪切破坏特征演化规律,以神东矿区乌兰木伦煤矿3-1煤顶板砂质泥岩为研究对象,通过薄片显微鉴定试验得到了其组分及微结构特征;结合无损浸水试验装置测试了其含水率随时间变化规律,确定了砂质泥岩含水率状态,为研究含水率影响下砂质泥岩直剪特性演化规律提供了可能;利用自制的岩石直剪试验系统,并结合声发射监测结果,探讨了含水率影响下砂质泥岩直剪变形破坏规律、强度损伤及声发射特征.结果 表明:砂质泥岩具有水平层理构造,其中的粉砂质碎屑质量分数为40％,泥质质量分数为60％,黏土矿物主要为高岭石和伊蒙混层,占整体矿物成分的75％;根据岩样含水率随浸水时间变化规律,将其划分为快速增长(0～18 h)、缓慢增长(18～42 h)和稳定(42 h～)3个阶段;随着含水率增加,岩样抗剪强度、黏聚力和内摩擦角分别呈指数、负指数和线性降低;由干燥到饱和,黏聚力和内摩擦角分别下降77.9％和33.3％;随着含水率增加,岩样声发射累计计数逐渐减小,破坏后宏观主裂隙平整度降低;峰值破坏阶段低含水率岩样产生大尺度张拉裂隙,高含水率岩样产生小尺度张拉裂隙.
ISSN:0253-9993
DOI:10.13225/j.cnki.jccs.2020.0903