全应力-应变加载过程中砂质泥岩力学与渗透性演化规律研究

作     者：柴肇云 武小玲 刘向御 刘绪 沈玉旭 辛子朋 

作者机构：太原理工大学原位改性采矿教育部重点实验室 太原理工大学继续教育学院 

出 版 物：《煤炭学报》 (Journal of China Coal Society)

年 卷 期：2023年

核心收录：

学科分类：0819[工学-矿业工程] 081903[工学-安全技术及工程] 08[工学] 

基　　金：国家自然科学基金资助项目(51974193 52274091) 

主　　题：砂质泥岩 层理 破坏模式 渗透率 各向异性 

摘      要：软岩巷道掘进期围岩孔裂隙演化规律及其引起的渗透性变化是突水灾害防治及注浆加固软弱围岩需要解决的基础科学问题之一。借助Rock Top多场耦合试验系统对砂质泥岩分别进行了加载方向平行和垂直层理限定围压的应力渗流耦合试验，研究了砂质泥岩全应力应变加载过程的强度特性、破坏形式以及与渗透性间的相互关系，阐明了砂质泥岩全应力应变加载过程中渗流特征演化规律。研究结果表明：含层理砂质泥岩力学强度和渗透性均具有各向异性，平行层理加载强度大于垂直层理，渗透性则相反；加载方向平行层理岩样破坏模式以单斜剪切和劈裂破坏为主，裂纹环向应变大于轴向，表现为体胀扩容。全应力应变曲线分为裂纹压密、线弹性、裂纹稳定扩展、裂纹非稳定扩展和峰后残余强度五个阶段。前三阶段岩样渗透率保持恒定，裂纹非稳定扩展、应力峰值点处亦或峰后残余强度阶段渗透率“突跳达到峰值，渗透率变化曲线呈“N型；加载方向垂直层理岩样破坏模式以轴向张拉劈裂和环向剪切滑移复合破坏为主，裂纹轴向应变大于环向，表现为轴向压缩。全应力-应变曲线分为稳定变形、非稳定变形和峰后残余强度三个阶段。稳定变形和非稳定变形阶段渗透率保持恒定，峰后残余强度阶段渗透率“突跳达到峰值，渗透率变化曲线呈“∧型；渗透率“突跳为裂隙网络连通激发的渗透率呈几何量级突增现象。