岩石样本获得的核心深处钻探的4号煤矿伊琳,新疆。保持原来的状态,立即集合都是密封的。被运送到地面后,他们再次密封,后用蜡密封好。从表面和形成机制的角度,指出的典型特征样本容易瓦解,强度低,结构紧凑,深灰色的颜色和低敲打的声音。此外,样品可以用指甲刻凹痕。在挤压和摩擦,很容易产生纵向贯穿裂缝,如图 1。因此,锯片切割法而不是电锯,以避免产生贯穿裂缝。然而,鳞状的摇摇欲坠的通常出现在双方的锯条。因此,样品制备的成功率只有35%左右。

根据国际标准岩石测试、泥岩样品的室内实验应该来自相同的均质岩石。所有样品都是加工成一个圆柱体直径50毫米和100毫米的高度。在该测试中,控制测试结果的离散性,至少有三个样品为每个含水率变化是预制的单轴压缩试验(图 2)。

确定软化效应在宏观变形破坏特征、力学性能、微观结构变化和不同的含水量,三种类型的测试进行了如下: (一)

瓦解自然泥岩在不同浸泡时间的考验。解体的观察时间被设定为10 h, 24小时,72 h和120 h

的崩溃过程自然弱胶结泥岩收集的字段,在室温和自然水分,如图 5。一些气泡从裂隙在水中浸泡几分钟后,和容器壁层的泡沫包围。样品完好无损在10小时,溶液的颜色基本上保持不变。然而,水溶液略显浑浊的在水中浸泡24小时后。在这种情况下,裂隙水软化作用下开始发展,和解体现象出现在样品的边缘;与此同时,碎片了。先前存在的裂纹扩展,样品开始生产新的骨折,和越来越多的泡沫形成了一种嗡嗡作响的声音。少量的黑泥沉积物出现在容器的底部。在水中浸泡后48 h,样品被完全分解,形成最初,和大量的沉积物出现在容器的底部。根据初步分析,黑色的沉积物是伊利石。 When the sample was completely immersed in water for 72 hours, the illite quickly and fully combined with the water, and eventually, due to expansion, the sample completely broke and disintegrated.

此外,如果弱胶结泥岩接近饱和状态正常大气温度是放在房间里,当地的岩石表面呈现鳞状的皮。最后,全球不稳定发生崩溃,因为整体解体,如图 6。

标准圆柱样品用不同的含水量是用来进行单轴压缩试验。表 1显示的平均含水量沉浸的五组样本。

矿物成分的特点是通过x射线衍射(XRD),如图 10。的 x设在在x射线衍射模式图形表示旋转角;的 y设在代表了衍射强度。基于图表的分析如图 10 (b)的主要成分是石英、伊利石、正长石,地开石,伊利石占30.4%。虽然伊利石占高达30.4%和莫斯科之间是一个中间矿物高岭石和蒙脱石,它不是一个广阔的粘土矿物放入水中时,不容易扩大了很长一段时间。没有矿产脓包,高岭石和蒙脱石等。因此,水肿胀泥岩是不明显的。

泥岩片在自然条件下的微观结构是由扫描电子显微镜(SEM)观察。如图 11,当扫描电镜放大倍数增加到300次,显示了粘土矿物紧密排列,面向,和孔隙空间分布,由毛孔堆积的身体。当扫描电镜放大(图放大到2500倍 11),主要地的形式和结构面组联系人,和矿物颗粒是不规则的锯齿形边缘的多边形。

x射线衍射分析发现的岩石样本经过5天的浸泡(图 12),粘土矿物的衍射强度降低。这表明,原始矿物成分改变经过五天的浸。

与自然条件下的样品相比,伊利石的比例增加,和高岭石、地开石的比例减少,如表所示 3。粘土矿物的主要成分是由文盲和石英、正长石和地开石紧随其后。伊利石成分的增加,泥岩的颗粒之间的联系是弱,因为它的吸水和扩张,岩石的强度降低,抵抗变形的能力是在宏观的削弱。由于泥岩透水性差,水岩相互作用的影响,加速粘土挖夹层的过程。

确定的内在机制的强度降低泥岩由于水岩相互作用,我们进行了SEM测试样品经过5天的浸。如图 13,晶体边缘的变化可以观察到比较粘土矿物的微观结构与自然条件下的结果。在该测试中,排除了意想不到的化学反应,采用蒸馏水对岩石样品浸泡。

随着浸泡时间的增加,晶体颗粒的边缘变化从一个清晰的圆形锯齿形形状。相比之下,图 11不规则致密颗粒的微观结构变化,絮状。粘土矿物的微孔隙水浸后扩大,最后变成了似的质量结构。由于其强大的水结合能力,矿物颗粒的胶结力下降。因此,少量石英、正长石和其他骨骼颗粒表面的剥落。

经过5天的浸泡,粘土颗粒凝聚成集群。粒子主要是由边缘连接,这导致了衰减团聚体之间的连接和集群。因此,毛孔扩大,粒子之间的分布不均。

总的来说,泥岩的损伤演化是大幅衰减造成的固有的粘土矿物的微观结构。离子交换和水岩相互作用影响的主导因素是泥岩泥岩的微观结构的破坏。比较数据 (14日)和 14 (b)表明Al的内容变化不大,而K的含量迅速下降。这意味着,在浸渍过程中,粘土矿物水解通过离子交换反应。理想的伊利石的化学成分是K_0.75(艾尔_1.75R)(如果_3所示。5艾尔_0.5O₁₀)(哦)₂,而蒙脱石的分子式是(铝、镁)₂(如果₄O₁₀)(哦)₂·nH₂o .因此,伊利石占很大比例的泥岩。也完全解释说,泥岩横向分离的形式是由伊利石的水解。

弱胶结的失败行为软岩石地球物理、地球化学、等,以及各种因素的长期作用的结果。一方面,离子交换减少粘土颗粒之间的联系水泥与水浸,导致损失的碎屑颗粒在重力的作用下之间的连接。此外,体积膨胀引起的粘土矿物的吸水不均匀。非均匀应力形成的粘土内部支持作用的增加,而破坏岩石样本的内部结构逐步瓦解的岩石和结果。另一方面,泥岩的粘土矿物以伊利石为主,具有较强的疏水性。在浸泡过程中,极性水分子层形成由于水不断进入片状颗粒之间的孔隙。与此同时,层间水层粘土矿物晶间层的形成,当水渗入。

上面提到的进化机制表明,水分子会逐渐进入粘土颗粒孔隙和颗粒层,导致体积膨胀的粘土矿物和不均匀的内部压力。随后,离子交换吸附和水分子的楔入作用将引起泥岩结构的软化和退化。最后,由于化学作用的边缘的水溶液泥岩颗粒,颗粒之间接触的边缘变化从交错光滑,导致泥岩的放松结构和机械强度下降。

泥岩在水中浸泡后很长一段时间,水会进入微裂隙和孔隙。外部应力场的作用下,水的渗流压力将在外部应力场重叠,产生一个力的岩石样本。这种机械效应与水密切相关的内容。测试结果显示的泥岩单轴抗压强度的水饱和状态1.47 MPa和145 MPa的弹性模量,这是自然状态的17.4%和9.93%,分别。含水量的变化有显著影响的强度和刚度参数泥岩。

水岩相互作用的影响下,单轴抗压强度的macroreduction泥岩密切相关的水化学的微观机理。这主要是由于水溶液的分子或离子对腐蚀的影响,解散,岩石和矿物的交换,改变岩石的成分和结构和摩擦的晶格矿工同时降低泥岩的力量。

水扮演着一个重要的角色在内部微裂隙的发展通过所谓的泥岩变形应力腐蚀。外加应力的操作包括移民和吸收,裂纹表面的行动,消除和迁移应用产品(黑泥质沉积物)。此外,由于严重的泥岩泥化在水里,没有显著差异的泊松比之间的泥岩的自然状态和饱和状态,表明水在岩石变形的影响是各向同性的。

根据测试结果,泥岩的机械参数退化明显当它遇到水,和不同浸泡时间导致不同程度的恶化。因此,我们定义了损伤变量的泥岩的水岩相互作用 (3) D t = 1 − σ c t σ c 0 , 在哪里 D t 和 σ c t 损伤变量和单轴抗压强度水岩相互作用后的时间吗 t ,分别。 σ c 0 单轴抗压强度的初始值。 D t = 0 代表nondamage, D t = 1 代表完整的损伤。

天然单轴抗压强度(8.43 MPa)泥岩作为初始值;然后,我们可以获得的伤害值的曲线水岩相互作用变化与浸泡时间基于水岩交互测试的结果,如图 15。

根据最小二乘法,水岩相互作用的演变损伤变量是安装如下: (4) D t = 1.017 − 经验值 − t / 13.63 。

在岩石孔隙中的水-岩作用机械效应是巨大的,有很强的时间依赖性。让 年代 D 是伤害值 d D t 在单位时间( d t )。因此,损伤率可以表示为 (5) 年代 D = d D t d t = 量 0.073 经验值 − t / 13.63 。