酸腐蚀下层状砂岩各向异性力学特性研究
作者：
刘奇, 许家杭, 李青海, 陈淼
作者单位：
1.山东科技大学 能源与矿业工程学院, 山东 青岛 266590
2.山东科技大学 矿山灾害预防控制重点实验室, 山东 青岛 266590
摘要
为了揭示酸腐蚀对不同层理倾角砂岩力学特性的影响, 开展了不同酸性环境、不同层理倾角下层状砂岩的单轴压缩试验, 结合声发射监测, 对比分析了砂岩试样强度、变形、脆性与破坏模式等各向异性特征, 建立了不同酸性环境、不同层理倾角下砂岩单轴抗压强度模型。研究结果表明: ①随着层理倾角的增加, 砂岩峰值强度呈先下降后上升趋势, 砂岩弹性模量总体呈上升趋势, 泊松比呈先上升后下降再上升的趋势。②随着浸泡溶液酸性增加, 砂岩的峰值强度、弹性模量呈下降趋势, 泊松比呈上升趋势, 砂岩强度和变形各向异性特征增强。③提出了不同酸性环境下完整岩块单轴抗压强度的计算模型, 建立了不同酸性环境、不同层理倾角下的砂岩单轴抗压强度模型。④随层理倾角的增加, 砂岩的破坏模式改变明显, 层理倾角为30°, 45°和60°时, 试样脆性较低, 更易发生剪切破坏; 随着浸泡溶液酸性增强, 岩石脆性降低, 实时声发射计数由“低频高峰”转变为“高频低峰”, 破坏模式由拉伸劈裂破坏居多转变为剪切破坏居多。研究成果可为酸性矿井水影响区岩石工程稳定变形分析提供参考。
图片
图 1 试样矿物主要成分及含量
图 2 砂岩试样制取与溶液浸泡
图 3 试验机加载系统示意
图 4 不同pH值溶液浸泡后层状砂岩试样的应力–应变曲线
图 5 不同pH值溶液浸泡后砂岩试样峰值强度随层理倾角的变化曲线
图 6 不同pH值溶液浸泡后砂岩试样弹性模量随层理倾角的变化曲线
图 7 不同pH值溶液浸泡后砂岩试样泊松比随层理倾角的变化曲线
图 8 pH=7时不同层理倾角的砂岩单轴抗压强度模型拟合曲线
图 9 不同酸性环境、不同层理倾角下砂岩单轴抗压强度的试验与计算结果对比
图 10 单位体积岩石中耗散应变能Ud和弹性应变能Ue之间的定量关系[43]
图 11 不同pH值溶液浸泡后砂岩试样的输入应变能随层理倾角的变化曲线
图 12 不同pH值溶液浸泡后砂岩试样的弹性耗散比随层理倾角的变化曲线
图 13 不同pH值溶液浸泡后砂岩试样加载过程中声发射计数曲线
图 14 不同pH值溶液浸泡后层状砂岩试样破坏模式
作者简介
本文引用格式
LIU Qi, XU Jiahang, LI Qinghai, et al. Study on the anisotropic mechanical properties of bedding sandstone under acid corrosion[J]. Journal of Mining and Strata Control Engineering, 2024, 6(6): 063038. DOI: 10.13532/j.jmsce.cn10-1638/td.2024-1193
