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粒径影响下黄砂岩破坏模式试验研究及岩爆倾向性分析
| 论文题名： | 粒径影响下黄砂岩破坏模式试验研究及岩爆倾向性分析 |
| 关键词： | 铁路隧道;黄砂岩;破坏模式;微观结构;岩爆倾向性;粒度 |
| 摘要： | 新建山西省和顺县至河北省邢台市铁路天河山隧道建设过程中，黄砂岩段出现岩爆,对施工安全、进度产生严重影响。本文开展室内单轴压缩和三轴试验，结合SEM扫描电镜，结合宏观破坏模式与微观破裂现象，研究整体破坏与峰值强度特征的变化规律。进行室内直接剪切试验与巴西劈裂试验，研究不同粒度黄砂岩内聚力，内摩擦角以及平均抗拉强度的变化关系。采用地质薄片鉴定、SEM扫描显微镜测试，X射线粉晶衍射（XRF与XRD）以及高压拉曼光谱试验等测试手段对三组黄砂岩的微观结构，矿物成分，化合物组成以及主要造岩矿物的晶格稳定性进行测试，研究这些因素对黄砂岩各项强度参数的影响规律。根据以上研究思路，本文主要结论及获得的新认识如下: （1）研究了三组平均粒度不等（粒度由小到大）的黄砂岩单轴抗压强度和弹性模量受粒径大小的影响关系，得到黄砂岩受到粒径变化影响的规律为粒径越大，黄砂岩的峰值强度与弹性模量越低的变化趋势。对三组黄砂岩进行三轴压缩试验，得到了随着围压的增长，同一粒度组内黄砂岩峰值强度呈增长趋势，围压对黄砂岩的三轴压缩峰值强度产生强化作用;但在相同围压水平时，粒径越大，黄砂岩峰值强度越低。 （2）通过粒度不等黄砂岩的巴西劈裂试验及直接剪切试验，得出随着粒径增大，黄砂岩的平均抗拉强度随之减小。同样地，黄砂岩的内聚力与内摩擦角也随着粒径的增加呈现出减小的趋势。 （3）采用地质薄片鉴定技术结合SEM扫描电镜测试观察三种不同粒度黄砂岩的内部微观结构，结果表明石英是主要构成黄砂岩的骨架颗粒的矿物，其他类矿物共同构成了胶结物。细粒黄砂岩的骨架颗粒（石英）排列最为致密，中粒黄砂岩次之，粗粒黄砂岩最为疏松。随着黄砂岩颗粒直径的增加，骨架颗粒排列逐步疏松，但是胶结物的含量却不断增加。黄砂岩在外力作用下产生的微观破裂主要由强度较低的胶结物破坏引起,接着发生颗粒骨架的破坏。 （4）室内试验结合X射线粉晶衍射结果表明，黄砂岩的强度参数与其内部骨架颗粒中石英的含量有关，石英含量越多，其强度性能越好。高压拉曼光谱测试试验表明三组黄砂岩主要矿物（石英）的晶格参数稳定，未发生剧烈相变，高压力下受到主要矿物成分（石英）颗粒晶格变化影响不大。 （5）使用岩石脆性指标B作为三组黄砂岩岩爆倾向性分析指标，结合弹性应变能参数进行分析，得到随着粒径的增加，黄砂岩的岩爆倾向性有上升趋势，但基本上处于轻微及中等程度岩爆情况。依托天河山隧道现场调研的实际岩爆情况对取自该现场的细粒黄砂岩室内试验得到的岩爆倾向性结果进行了验证。 |
| 作者： | 张羽 |
| 专业： | 采矿工程 |
| 导师： | 何本国 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 东北大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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