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温度及压力对高岭石吸水特征影响的分子动力学模拟

2021-08-31柴肇云张海洋杨泽前

煤炭学报 2021年8期

柴肇云,张海洋,杨 攀,杨泽前,张 彬

(太原理工大学 原位改性采矿教育部重点实验室,山西 太原 030024)

煤炭开采环境为沉积岩,在煤系地层沉积岩中,泥岩是一种主要构成岩层,包括炭质泥岩、砂质泥岩和页岩等软弱岩体[1]。泥岩的矿物成分主要有黏土矿物、石英和其他矿物,黏土矿物所占的比例高达40%~90%,常见的黏土矿物有高岭石、伊利石、蒙脱石和伊/蒙混层4种。由于黏土矿物特殊的易风化和遇水膨胀特性,常对巷道的稳定造成破坏性影响。巷道开掘后,围岩由于卸载、风化,特别是水的浸湿影响,产生水化膨胀、强度降低和软化崩解甚至泥化,从而诱发软岩巷道冒顶、底臌乃至坍塌等工程灾害。因此,受到相关领域专家学者和工程技术人员的持续关注。

何满潮等[2]基于不同泥岩样品的吸水试验,建立了泥岩吸水的过程函数,分析了泥岩孔隙率大小、矿物含量与种类及黏土矿物的产状等对吸水特征的影响规律。连清旺[3]通过高岭石软岩块体的自然吸水试验,发现软岩块体吸水率随泡水时间的增加呈负指数增加。柳万里等[4]研究了饱水作用对泥岩的强度参数与变形特性及其能量演化的影响规律。范秋雁等[5]则通过室内膨胀及收缩试验,研究了泥岩浸水膨胀和失水收缩过程的饱和度变化规律,并结合吸力和水势变化理论,分析饱和度的变化规律及膨胀变形破坏机制。

然而,上述研究均聚焦于泥岩的吸水性以及泥岩饱水后的强度参数……

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