滑动过程中砂岩节理摩擦因数演化规律

作者：王来贵; 赵国超^*; 刘向峰; 赵娜; 李喜林

来源：煤炭学报, 2021, 46(09): 2874-2882.

DOI：10.13225/j.cnki.jccs.2021.0789

• 摩擦因数
• 砂岩滑动
• 表面粗糙度
• 磨损面积
• 节理粗糙度系数

砂岩等岩体内部通常含有节理,当受到外界载荷扰动时砂岩往往沿着节理贯通形成滑移面。砂岩沿着节理面滑动,节理表面凸体不断磨损,导致节理表面粗糙度不断变化,进而影响砂岩滑动的稳定性。利用自制滑动摩擦试验装置对劈裂砂岩节理进行了滑动摩擦试验,采用高分辨率相机、电子分析天平、动态应变仪和激光共聚焦扫描显微镜测量滑动过程中磨损面积、摩擦质量、摩擦因数和表面粗糙度的变化。结果表明:滑动过程分为初始滑动、磨合和稳定滑动3个阶段。在初始滑动阶段,砂岩节理表面的初始粗糙度值较大,磨损面积较小,磨损质量和摩擦因数都较大;在磨合阶段,已磨损区域表面的微凸体不断被剪断、磨平,表面粗糙度降低趋势变缓,新增磨损面积不断减小,但在总磨损面积的占比仍大于10%,磨损质量和摩擦因数出现局部跳动的现象;在稳定滑动阶段,磨损区域与金刚石磨片表面已基本匹配,表面粗糙度趋近于定值,新增磨损面积在总磨损面积的占比小于10%,磨损质量和摩擦因数都逐渐趋于稳定,最终在某一稳定值附近波动。利用激光共聚焦扫描显微镜对砂岩节理表面轮廓进行了测量,选取轮廓的均方根估算了节理粗糙度系数,发现节理粗糙度系数主要受磨损区域面积影响,局部粗糙度对节理粗糙度系数影响较小。建立了以磨损面积为变量的摩擦因数预测模型,模型能够反映滑动过程中砂岩节理摩擦因数的变化,当修正系数a=2.5时,摩擦因数预测值与试验值吻合良好,最小误差为2.89%。

• 单位
  土木工程学院; 辽宁工程技术大学