【摘 要】
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为研究煤系地层深部岩石吸水软化特性,解决荣华矿井下深部巷道围岩难以支护问题,本文以鸡西荣华煤矿立井深部-650水平大巷围岩中的粗砂岩(CS)、细砂岩(XS)和泥质粉砂岩(NS)三
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为研究煤系地层深部岩石吸水软化特性,解决荣华矿井下深部巷道围岩难以支护问题,本文以鸡西荣华煤矿立井深部-650水平大巷围岩中的粗砂岩(CS)、细砂岩(XS)和泥质粉砂岩(NS)三组岩石为研究对象,研究其吸水特性及吸水软化特性。
通过X射线衍射试验、扫描电镜试验研究,分析岩石的黏土矿物成分及微观结构特征。分析表明,岩石的黏土矿物类型和矿物晶体的微观结构是影响岩石吸水的主要因素。吸水试验表明,岩石吸水特征曲线服从多项式函数分布。
对三组岩石进行不同吸水率条件下的单轴压缩试验,得出CS组和XS组岩石吸水率与单轴抗压强度特征曲线服从幂函数分布,而NS组岩石服从线性函数分布;三组岩石吸水率与弹性模量特征曲线服从幂函数分布;CS组和XS组岩石吸水率与次软化系数特征曲线服从幂函数分布,NS组则服从线性函数分布。随着吸水率的增大,CS组软化速度减小,XS组增大,而NS组不变。
运用岩石损伤力学理论,以岩石吸水前后的弹性模量为损伤变量,分析了岩石在不同吸水率条件下的损伤情况,并深入探讨地下水对岩石强度与变形的影响,以期能更好地阐明岩石遇水软化特性,初步建立了与岩石吸水率密切相关的岩石遇水损伤演化方程。
通过RFPA2D岩石破坏过程分析系统,数值模拟岩石在不同吸水条件下单轴压缩试验的全过程。数值试验结果表明:岩石载荷、声发射能-加载步骤(位移)全过程曲线图同实物试验的应力-应变曲线图较吻合,随着吸水率的增大,非线性变形出现的时间提前延迟,声发射能量由集中变得离散。结合岩石应力、弹性模量、声发射能分布图,更加直观地阐述地下水对荣华矿深部岩石微观结构的影响。
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