泥岩细观力学特性及其遇水弱化规律研究
发布时间：2020-12-08 14:42
作为一种广泛分布的岩体,泥岩具有干燥坚硬如石,遇水崩解成泥的特性,显著影响工程结构稳定性。泥岩是由粘土矿物和碎屑矿物构成的非均质体,矿物组分的性质影响泥岩的力学特性。论文从矿物组分入手、从细观尺度切入,研究了泥岩细观力学特性及其遇水弱化规律。先后进行了典型泥岩矿物组分测试实验、矿物组分细观力学性质研究、矿物组分对力学性质影响规律模拟和特征粘土矿物组分的遇水弱化规律理论分析;开展了从泥质工程到泥岩体,再到泥岩矿物组分,最后立足特征粘土矿物的一系列研究工作。典型泥岩细观组构分析以东欢坨矿业公司-690 m轨道大巷顶板泥岩为研究对象,泥岩是由粘土矿物和碎屑矿物构成的非均质岩体,粘土矿物含量达87.77%,以蒙脱石为主;粘土矿物含量高导致泥岩具有软弱和遇水弱化特征,影响巷道围岩稳定性。同时,泥岩矿物颗粒之间存在微小孔隙和裂隙。泥岩细观力学性质研究采用纳米压痕技术,细观界定为泥岩矿物颗粒组分。泥岩不同矿物颗粒组分之间的硬度、弹性模量和断裂韧度不同。纳米压痕力学参数与矿物组分具有关联性,提出采用混合高斯模型（Mixtures of Gaussians）表征泥岩力学参数分布规律的方法。混合高斯模型的...
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：95 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
硅-氧四面体和硅片
简化图可以用图 1-1（b）表示。铝片的基本单元则是铝-氢氧八面体，由一个铝离子和六个氢氧离子所构成，如图1-2（a）所示，4 个八面体组成一个铝片，每个氢氧离子都被相邻两个铝离子所共有，简化图可以用图 1-2（b）表示。按照硅片和铝片的堆叠形式不同，粘土矿物主要分为高岭石、伊利石和蒙脱石三种类型。（a）硅-氧四面体 （b）硅片图 1-1 硅-氧四面体和硅片Figure 1-1 Silicon-oxygen tetrahedron and silicon sheet（a）铝-氢氧八面体 （b）铝片图 1-2 铝-氢氧八面体和铝片Figure 1-2Aluminum-hydrogen octahedron and aluminum sheet高岭石是由一个硅片和一个铝片上下堆叠而成。如图 1-3（a）所示。这种晶格结构称为 1:1 的两层结构。两层结构的最大特点是晶层之间通过 O2-与 OH-相互联结，称为氢键联结。氢键的联结力较强，晶格稳定性较好，不能自由活动，水难以进入晶格之间，是一种遇水较为稳定的粘土矿物。晶层之间的联结能力较强，能堆叠很多晶层，多达百个以上，成为一个颗粒。所以高岭石的主要特征是
叠的晶层数较少。蒙脱石的主要特征是颗粒细微，具有显缩的特性，或者说亲水能力强。云母在碱性介质中风化的产物。它与蒙脱石相似，是由两成的三层结构，但是，伊利石晶层间有钾离子联结，如图度弱于高岭石而高于蒙脱石，其特征也介于两者之间。
【参考文献】：
期刊论文
[1]现代土力学研究的新视野——宏微观土力学[J]. 蒋明镜. 岩土工程学报. 2019(02)
[2]基于“两介质-三界面”模型的散煤注浆固结宏细观规律[J]. 李桂臣,孙长伦,孙元田,崔光俊,钱德雨. 煤炭学报. 2019(02)
[3]冲击载荷作用下高温砂岩动态力学性能试验研究[J]. 平琦,吴明静,袁璞,张欢. 岩石力学与工程学报. 2019(04)
[4]基于微米力学实验的页岩Ⅰ型断裂韧度表征[J]. 韩强,屈展,叶正寅,董广建. 力学学报. 2019(04)
[5]不同加载速率下砂岩弯曲破坏的细观机理[J]. 李柯萱,李铁. 爆炸与冲击. 2019(04)
[6]利用纳米压痕实验研究层理性页岩岩石力学性质——以渝东南酉阳地区下志留统龙马溪组为例[J]. 时贤,蒋恕,卢双舫,何治亮,李东杰,汪志璇,肖佃师. 石油勘探与开发. 2019(01)
[7]干湿循环作用下红砂岩动态拉伸力学性能试验研究[J]. 杜彬,白海波,马占国,李明,武光明. 岩石力学与工程学报. 2018(07)
[8]加载速率对煤系泥岩脆-延性转变影响的试验研究[J]. 张连英,张树娟,茅献彪,汤晓英,秦昊,李兵,李明. 采矿与安全工程学报. 2018(02)
[9]不同水损伤程度下泥岩断裂力学特性试验研究[J]. 杨健锋,梁卫国,陈跃都,黎力,廉浩杰. 岩石力学与工程学报. 2017(10)
[10]浅埋采场上覆岩层孔隙率的时空分布特征[J]. 武猛猛,王刚,王锐,李文鑫,褚翔宇. 煤炭学报. 2017(S1)
博士论文
[1]软弱夹层顶板巷道围岩稳定与安全控制研究[D]. 李桂臣.中国矿业大学 2008
硕士论文
[1]水泥基材料纳米压痕技术微观断裂性能表征[D]. 冯莹.浙江大学 2018
[2]耐温聚合物性能评价及注入方式的研究[D]. 邱彪.东北石油大学 2015
本文编号：2905253
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：95 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
硅-氧四面体和硅片
简化图可以用图 1-1（b）表示。铝片的基本单元则是铝-氢氧八面体，由一个铝离子和六个氢氧离子所构成，如图1-2（a）所示，4 个八面体组成一个铝片，每个氢氧离子都被相邻两个铝离子所共有，简化图可以用图 1-2（b）表示。按照硅片和铝片的堆叠形式不同，粘土矿物主要分为高岭石、伊利石和蒙脱石三种类型。（a）硅-氧四面体 （b）硅片图 1-1 硅-氧四面体和硅片Figure 1-1 Silicon-oxygen tetrahedron and silicon sheet（a）铝-氢氧八面体 （b）铝片图 1-2 铝-氢氧八面体和铝片Figure 1-2Aluminum-hydrogen octahedron and aluminum sheet高岭石是由一个硅片和一个铝片上下堆叠而成。如图 1-3（a）所示。这种晶格结构称为 1:1 的两层结构。两层结构的最大特点是晶层之间通过 O2-与 OH-相互联结，称为氢键联结。氢键的联结力较强，晶格稳定性较好，不能自由活动，水难以进入晶格之间，是一种遇水较为稳定的粘土矿物。晶层之间的联结能力较强，能堆叠很多晶层，多达百个以上，成为一个颗粒。所以高岭石的主要特征是
叠的晶层数较少。蒙脱石的主要特征是颗粒细微，具有显缩的特性，或者说亲水能力强。云母在碱性介质中风化的产物。它与蒙脱石相似，是由两成的三层结构，但是，伊利石晶层间有钾离子联结，如图度弱于高岭石而高于蒙脱石，其特征也介于两者之间。
【参考文献】：
期刊论文
[1]现代土力学研究的新视野——宏微观土力学[J]. 蒋明镜. 岩土工程学报. 2019(02)
[2]基于“两介质-三界面”模型的散煤注浆固结宏细观规律[J]. 李桂臣,孙长伦,孙元田,崔光俊,钱德雨. 煤炭学报. 2019(02)
[3]冲击载荷作用下高温砂岩动态力学性能试验研究[J]. 平琦,吴明静,袁璞,张欢. 岩石力学与工程学报. 2019(04)
[4]基于微米力学实验的页岩Ⅰ型断裂韧度表征[J]. 韩强,屈展,叶正寅,董广建. 力学学报. 2019(04)
[5]不同加载速率下砂岩弯曲破坏的细观机理[J]. 李柯萱,李铁. 爆炸与冲击. 2019(04)
[6]利用纳米压痕实验研究层理性页岩岩石力学性质——以渝东南酉阳地区下志留统龙马溪组为例[J]. 时贤,蒋恕,卢双舫,何治亮,李东杰,汪志璇,肖佃师. 石油勘探与开发. 2019(01)
[7]干湿循环作用下红砂岩动态拉伸力学性能试验研究[J]. 杜彬,白海波,马占国,李明,武光明. 岩石力学与工程学报. 2018(07)
[8]加载速率对煤系泥岩脆-延性转变影响的试验研究[J]. 张连英,张树娟,茅献彪,汤晓英,秦昊,李兵,李明. 采矿与安全工程学报. 2018(02)
[9]不同水损伤程度下泥岩断裂力学特性试验研究[J]. 杨健锋,梁卫国,陈跃都,黎力,廉浩杰. 岩石力学与工程学报. 2017(10)
[10]浅埋采场上覆岩层孔隙率的时空分布特征[J]. 武猛猛,王刚,王锐,李文鑫,褚翔宇. 煤炭学报. 2017(S1)
博士论文
[1]软弱夹层顶板巷道围岩稳定与安全控制研究[D]. 李桂臣.中国矿业大学 2008
硕士论文
[1]水泥基材料纳米压痕技术微观断裂性能表征[D]. 冯莹.浙江大学 2018
[2]耐温聚合物性能评价及注入方式的研究[D]. 邱彪.东北石油大学 2015
本文编号：2905253
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