泥岩物性与改性机理研究

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1、万方数据声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在指导教师的指导下，独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。论文作者签名：j丛蠼L二一日期：土蚴L厶￡———一关于学位论文使用权的说明本人完全了解太原理工大学有关保管、使用学位论文的规定，其中包括：①学校有权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；②学校可以采用影印、缩印或其它复制手段复制并保存学位论文；③学校可允许学位论文被查阅或借阅；④学校可以学术交流为目的，复制赠送和交

2、换学位论文；⑤学校可以公布学位论文的全部或部分内容(保密学位论文在解密后遵守此规定)。签名：至鱼监日期：型篮墨!妄导u币签名：二窒蔓1日期：二竺型∑兰}万方数据太原理工大学硕士研究生毕业论文泥岩物性与改性机理研究摘要在煤系地层中，泥岩是主要的构成岩，大概占所有沉积岩的50％左右。泥岩是由许多细小微颗粒构成的，这些细小微颗粒中富含有大量的黏土矿物，同时也包括了许多石英、长石和其它矿物等。由于泥岩中黏土矿物的存在，其物理化学性质和自身的状态易受到环境因素(水、温度、湿度和压力)的影响，尤其，当外界湿度变化后，泥岩会表现出较强的水敏性，吸水膨胀，失水收缩，容易发生软化崩解现象。近年来，随着我国

3、工程建设的不断发展，在岩土工程、井巷工程等众多工程领域，因泥岩造成构造物的破坏，导致工程失稳的事故越来越多，这不仅给建设者的人身安全带来了危害，而且造成了巨大的经济损失。因此，系统的研究泥岩的物化特征，了解泥岩破坏的机制，为工程提供理论的指导是十分必要的。鉴于此，本文以富含黏土矿物的泥岩为研究对象，深入的对煤系地层中泥岩的成岩历史、物质组成成分、化学组成成分以及泥岩带来的工程危害性等方面展开了研究，并进一步的开展了泥岩膨胀性试验、泥岩崩解循环试验、泥岩压剪破坏试验和有机硅改性试验。通过对泥岩开展试验性的研究，取得了以下成果，主要为：1．通过对我国典型软岩矿区、不同成岩地质时期泥岩的物质组

4、成、化学成分分析得出，泥岩中黏土矿物含量跨度较大，范围5％～74．2％，蒙脱石含量也高低不等，最高54．2％。受不同成岩时期、成岩地点和成岩环境差异的影响，煤系地层泥岩的主要化学成分为Si02、A1203，两者的含量占整体万方数据太原理工大学硕士研究生毕业论文含量的75％左右；其中Si02含量最多，为48．08～78．25％；A1203次之，为10．18--一29．18％；泥岩的某些物理性指标及力学指标在很大程度上受岩块的物质组成，如颗粒大小、胶结特性等控制。2．通过对泥岩孔裂隙的分布及吸水相关性的研究，我们得出了泥岩的孔径小，裂隙发育程度低，裂隙之间的连通性差，孔裂隙这样的分布特征使得

5、液体很难在这样的孔隙中迁徙移动，所以在自然条件下，泥岩的隔水性很强。但是在人工扰动下，打破了泥岩所处的“天然屏障”，泥岩的宏观结构被破坏，加之风化、吸水、失水等过程，进一步加快了从宏观结构的破坏到微观结构破坏的速度，加速了裂隙的发育，使裂隙间的连通性增强，更利于水分的侵蚀。3．通过对泥岩开展胀缩性试验，我们得出了泥岩的膨胀性受到层里面方位的影响，随着层里面与端面夹角的不断增大，膨胀率逐渐减小；不同的水化学环境(浓度、阳离子)对泥质岩膨胀性的影响不同。随着水溶液浓度的降低，岩样的膨胀率依次增高，膨胀率随时间的增加呈台阶式增长；引入了绝对膨胀率、相对膨胀率以及相对收缩率。干湿循环次数与绝对膨

6、胀率呈正相关，而与相对膨胀率和相对收缩率呈负相关。4．通过对泥岩开展崩解循环试验，我们探讨了泥岩泥化和崩解的内在机理，并运用非线性分形理论，定性的揭示了分形维数值与泥岩崩解的相关关系。介绍了泥岩泥化崩解的机理。5．通过对泥岩开展了压剪破坏试验，分析了泥岩破坏每个阶段的裂纹发展过程，并运用了非线性分形理论，对破裂块体的分形特征进行了描述。得出分形维数值D能够较好的反映出岩体压剪破坏特征。万方数据太原理工大学硕士研究生毕业论文6．通过对泥岩开展有机硅改性试验，对比研究了改性前后泥岩的疏水性、胀缩性、孔裂隙等物性特征，得出有机硅改性使泥岩的渗透性降低，憎水性增高；由于改性液的渗入，泥岩表面的微

7、孔数目明显减小，孔径的尺寸大幅度降低；泥岩改性后硬度增加。改性后的膨胀率仅为改性前的14．7％，而抗压强度和抗拉强度分别提高了2．83倍和1．92倍。关键词：泥岩，黏土矿物，胀缩性，崩解差异，有机硅万方数据太原理工大学硕士研究生毕业论文4万方数据太原理工大学硕士研究生毕业论文RESEARCHONEXPANS10NTESTOFMUDSTONEPROPERTYANDMODlFlCATlONMECHANlSMABSTRAOTIncoalm