瓮福磷矿穿岩洞矿区矽卡岩不同湿度和应力状态下的力学特征

作者：陈伟; 万文^*; 冯涛; 赵延林; 吴秋红; 周彧; 谢森林

来源：岩石力学与工程学报, 2021, 40(12): 2510-2525.

DOI：10.13722/j.cnki.jrme.2021.0267

• 岩石力学
• 深部高湿环境
• 水岩相互作用
• 时效特征
• 腐蚀深度
• 强度模型
• 力学损伤机制

以瓮福磷矿穿岩洞矿区的矽卡岩作为研究对象,置入自行设计的湿度控制装置49 d,期间设置4个湿度等级(70%RH,80%RH,90%RH和100%RH)与多个时间节点,对试件的孔隙率、质量和尺寸进行跟踪测定,并开展常规单、三轴压缩试验,结合电镜扫描和X射线衍射,分析试件在高湿作用过程中的微细观结构、质量损失、腐蚀深度的变化规律及强度、变形、力学参数的响应特征。结果表明:(1)矽卡岩结构疏松程度与高湿作用时间成正相关,原致密层状结晶形态向团絮状形态转变,并伴有微裂隙产生,其宽度随着时间推移而增长;(2)湿度越高,同一时间段内试样的孔隙率、质量和尺寸相对变化越大,且在各环境中,初期的变化速率达到最快,后期趋于平稳;(3)与70%RH环境中49 d的试样相比,100%RH环境中试样的单轴抗压强度降幅达35%,在模拟现场的90%RH环境下,试样49 d的单轴抗压强度累计降幅为46%,其下降速率随时间增加而减缓,黏聚力和内摩擦角随时间推移均有减小的趋势,且黏聚力较内摩擦角对高湿更为敏感;(4)综合试件在高湿作用下腐蚀深度的变化规律而建立的矽卡岩强度模型,与试验结果吻合较好;(5)矽卡岩受高湿侵蚀的化学损伤机制包括溶蚀、水化和崩解,从而削弱了矿物颗粒间的摩擦作用,劣化了其力学性能,导致破坏模式由剪切破坏向拉伸破坏过渡,加速了矽卡岩矿柱的破坏。

• 单位
  湖南科技大学; 中国矿业大学（北京）