超临界CO2作用下煤体结构面剪切硬化特征与本构模型
韦婕1
陈跃都2
梁卫国1
1.太原理工大学矿业工程学院,山西太原 030024;太原理工大学原位改性采矿教育部重点实验室,山西太原 0300242.太原理工大学原位改性采矿教育部重点实验室,山西太原 030024
摘要：在深部煤层(＞800m)CO2地质封存过程中,受高温高压作用影响,CO2常以超临界态存在.受非均匀地应力及注入流体压力作用下,煤层中发育的大量节理、裂隙等结构面会发生剪切滑移,进而影响煤体力学性能并增加CO2泄露风险.因此,揭示超临界CO2长期作用下煤体结构面剪切力学特性,是保证封存安全性的关键.通过开展超临界CO2不同浸泡时间后的煤体结构面直剪力学试验,结果表明:①随着超临界CO2作用时间增加,煤体结构面剪切强度和剪切刚度均逐渐减小;超临界CO2浸泡14d后,煤体结构面剪切强度和剪切刚度分别降低40％和28％.② 超临界CO2作用时间增加会导致煤体结构面剪胀变形减小,剪缩效应明显,同时造成结构面微凸体破碎体积增加;超临界CO2浸泡14 d后,煤体结构面破碎体积量增加至未浸泡的1.5倍.③ 煤体结构面剪切过程中剪应力与声发射参数之间存在着很强的相关性,振铃计数在峰值应力处增至最大;随着超临界CO2作用时间增加,声发射累计振铃计数、累计撞击数与累计能量等参数均逐渐减小,煤体结构面脆性破裂特征减弱,塑性增强.④未浸泡煤体结构面呈现出明显剪切软化特征,而超临界CO2作用后煤体结构面剪切向硬化特征转变,通过建立一种新的结构面剪切本构模型,能够很好表征上述转变特征,且模型理论值与试验值有较高拟合程度.
关键词：CO2地质封存超临界CO2煤体结构面剪切硬化
分类号：TD315(矿山压力与支护)
资助基金：国家自然科学基金(U22A20167)国家自然科学基金(51874206)
论文发表日期：2023-12-28
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：12( 4487-4498 )
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