高湿环境对白云岩膨胀过程中力学特性影响的宏微观机制
陈伟1
万文2
冯涛2
王卫军2
赵延林3
吴秋红3
1.湖南科技大学资源环境与安全工程学院,湖南湘潭 411201;湖南工程学院建筑工程学院,湖南湘潭 4111042.湖南科技大学资源环境与安全工程学院,湖南湘潭 4112013.湖南科技大学资源环境与安全工程学院,湖南湘潭 411201;湖南科技大学南方煤矿瓦斯与顶板灾害预防控制安全生产重点实验室,湖南湘潭 411201
摘要：为了探究深部开采后矿柱力学性能受高湿环境的影响规律,对湖南郴州茶山岭煤矿-850 m白云岩矿柱取心制作标准试样,采用核磁共振(NMR)、扫描电镜(SEM)、电子能谱(EDS)和X射线衍射(XRD)对4种湿度环境(相对湿度70％,80％,90％,100％)中60 d限制轴向位移的白云岩孔隙尺寸、微观结构及矿物组分进行跟踪测定,研究吸水速率与孔隙结构的动态响应特征.结合室内单、三轴压缩力学试验结果,总结了白云岩吸水膨胀后的强度软化机制.研究表明:①环境湿度越高,白云岩的环向应变与轴向膨胀力前期的增速越快,趋于平稳的时间相对靠后,并在膨胀力达到最大值后,出现明显的应力松弛;②装置中环境湿度的升高以及湿度作用时间的延长削弱了白云岩的强度并加剧了变形.近似现场湿度下(相对湿度90％),内摩擦角在60 d中下降幅度较为平均,反观黏聚力前后20 d变化较小,集中在20～40 d迅速下滑;③白云岩在吸水前期核磁共振4谱曲线出现双峰现象,且峰值对应弛豫时间持续向右移动,原本致密的层状结构发生开裂,小中孔隙扩张并连通形成大孔隙.基于吸水曲线及T2谱面积曲线特征,将整个高湿作用过程分为3个阶段:急速吸水、减速吸水和稳定水化阶段;④高湿环境下白云岩吸水后,由于结合水膜的润滑作用以及黏土矿物的膨胀效应引起颗粒间胶结能力减弱,劣化其力学指标,最终改变了白云岩的极限破坏模式.
关键词：白云岩矿柱高湿环境微观结构强度软化颗粒物质
分类号：TD315(矿山压力与支护)
资助基金：国家自然科学基金(51974118.51774132)湖南省自然科学基金资助项目(2021JJ30265)
论文发表日期：2022-11-28
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：17( 4023-4039 )
英文信息