不同应力加载速率下深埋泥岩力学特性与扩容特征试验研究

岩石工程的损伤破坏过程和其扩容现象密不可分,扩容是岩石在偏应力超过屈服极限后表现出的体积增大的现象。为了进一步研究深埋泥岩扩容现象,对矿山现场钻取的埋深近1 300 m的岩石试样做了系列试验,包括XRD衍射试验、SEM电镜扫描试验和不同加载速率下(0.1、0.5、2.0和5.0 kN/s)的单轴压缩变形试验等。结果表明:泥岩成分以长石为主,岩石内部各矿物成分分布不均匀,长石呈条带状分布,其间填充其他矿物,填充物以绿泥石为主。在不同的加载速率下,各试样轴向应力-应变曲线属典型的塑-弹-塑性曲线,有明显的压密过程,加载速率越小,压密过程越明显,即曲线越平缓。进入弹性阶段后,加载速率越大,曲线斜率越大,即平均弹性模量越大。采用单因素方差分析方法对各组数据进行了差异显著性检验,结果显示试验加载速率(Vload)和泥岩岩石单轴抗压强度(σ_(c))、平均弹性模量(E)、最大轴向应变(ε_(a,max))、最大径向应变(ε_(d,max))、扩容起始应力(f^(*))、扩容起始应力与单轴抗压强度比值(f^(*)/σ_(c))有关联关系,和试样最大体积应变(ε_(V,max))、扩容起始体积应变与最大体积应变比值(ε_(V,d)/ε_(V,max))无关联关系。加载速率越大,测试得到的泥岩岩石单轴抗压强度、平均弹性模量越大,加载速率由0.1 kN/s增大50倍至5.0 kN/s时,测得单轴抗压强度均值由26.8 MPa增大至36.5 MPa,平均弹性模量均值由3.5 GPa增大至5.9 GPa。加载速率越大,最大轴向应变和最大径向应变均越小,轴向和径向应变率均越大,即加载速率越大,泥岩岩石在未充分变形的情况下发生破坏的可能性越大。加载速率越大,试样扩容起始应力、试样扩容起始应力与单轴抗压强度比值越小,即试样加载荷载速率越大,越容易进入体积扩容阶段。认为泥岩强度参数、变形与扩容参数有显著的应力加载速率依赖性。