通过将CO2注入深部不可采煤层，既可驱替煤层CH4，提升煤层气采收率，同时也能实现CO2地质封存，而如何保证CO2封存安全性，是目前亟待解决的瓶颈问题。通常，煤层埋深超过800m时，地层温度和压力会大于31.1°C与7.38 MPa，此时CO2将由气态转变为超临界态。大量研究表明，长期超临界CO2作用，会导致煤体官能团、微晶结构以及孔裂隙结构发生改变，进而影响煤体力学性能。由于 深部煤层中发育有大量节理、裂隙等结构面，这些结 构面大多处于临界剪切滑移条件下，而在非均匀地应力作用，以及超临界CO2浸蚀等外部作用下，结构面力学性质变化会导致剪切滑动，进而影响煤体整体力学性能。煤体剪切滑移之后会造成渗透率的变化，进而增加CO2的泄露风险。目前研究表明，煤岩体剪切过程中渗透率变化与硬化及软化行为有关。因此，研究煤体剪切软硬化特征对于CO2地质封存的稳定性具有重要的指导意义。

对于具有明显脆性的岩石而言，剪切破坏伴随有剪应力的下降，即剪应力−剪切位移曲线存在明显的峰值点及残余阶段，宏观表现为剪切软化特征;然而，对于具有明显塑性的岩石，随着剪应力增大，剪应力−剪切位移曲线在初始峰值点之后趋于平缓，或持续增大，无明显剪应力下降现象，表现为剪切塑性及硬化特征。目前，对于岩土体剪切软化及硬化行为的研究，多集中在土体上，土体具有特殊的粒状孔隙结构，表现出软化与硬化2种情况。当法向应力较大、初始密实度较小、含水率较低时，土体剪切表现为 硬化型曲线;当法向应力较小、初始密实度较大、含水 率较高时，土体剪切表现为软化型曲线。相较于完整岩石的剪切破坏，岩体结构面的剪切过程更为复杂。众所周知，岩体结构面的剪切滑移过程伴随微凸体啮合、断裂、爬坡、裂纹萌生与扩展等多重物理现象，整体表现为表面粗糙起伏退化。结构面剪切特性与表面微凸体的力学性质密切相关，当微凸体力学强度较大时，结构面抗剪强度由微凸体粗糙度控制;而当微凸体力学强度较小时，微凸体剪切破裂形成破碎颗粒后碾压和迁移，导致结构面抗剪强度由结构面微凸体破碎颗粒构成的紧密夹层所控制。为了描述结构面剪切软化及硬化特征，唐志成等提出硬化−软 化全剪切本构模型，采用单个函数反映节理剪切位移曲线的变化特征。肖卫国等根据节理岩体切向加 载作用下的变形机制，通过应用弹塑性随动强化模型，把微凸体在磨损破坏过程中引起的剪胀软化和强化现象分开考虑，提出一种新的非线性本构模型。王水林等使用弹塑性方法推导了常法向刚度条件下的节理剪切增量本构模型，用来模拟节理面的强度弱化与强化行为。

研究表明，超临界CO2作用后，煤中有机质被萃取，产生大量孔裂隙，造成煤体骨架疏松，导致煤体结构面剪切力学性质改变，而超临界CO2作用是否会影响煤体结构面的剪切软硬化特征，这亟待开展相关的试验及理论研究。因此，笔者以煤体结构面为研究对象，通过开展一系列直剪试验，研究超临界CO2浸泡不同时间后，煤体结构面剪切软硬化特征，分析剪切破坏过程中声发射特征响应，并对结构面形貌和微凸体剪切损伤进行定量表征，依次建立超临界CO2作用下煤体结构面剪切硬化本构模型，并与试验数据进行拟合对比。

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:

（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。