软岩的物理力学特性Word下载.docx

1、粒组划分的原则是，首先考虑在一定的粒径变化范围内，其工程地质性质是相似的，若超过了这个变化幅度就要引起质的变化。而粒组界限的确定，则视其主导作用的特性而定。其次要考虑与目前粒度成分的测定技术相适应。目前我国广泛应用的粒组划分是： （1）卵石组（d2mm）。多为岩石碎块。这种粒组形成的软岩，孔隙粗大，透水性极强，毛细水上升高度极小，无论在潮湿或干燥状态下，均没有连结，可塑性、膨胀性、压缩性均极小，强度较高。 （2）砂粒组（d=2005mm）。主要为原生矿物，大多是石英、长石、云母等。这种粒组软岩孔隙较大，透水性强，毛细水上升高度很小，可塑性和膨胀性较小，压缩性极弱，强度较高。 （3）粉粒组（d=

2、0050。005mm）。是原生矿物与次生矿物的混合体，它的性质介于砂粒与黏粒之间。由该粒组形成的软岩，因孔隙小而透水性弱，毛细水可上升到一定高度，有一定的压缩性，强度较低。 （4）黏粒组（d长石、云母方解石、白云石。石英硬度大，抗风化能力强。长石、云母都经受了不同程度的化学风化作用，且硬度小于石英；而云母本身有韧性，较柔软，所以强度低。方解石、白云石硬度更低，还有溶蚀性，所以强度更低。由上述矿物各自组成的软岩，应该反映矿物本身的强度特征。粉粒组往往由抗风化能力较强的矿物组成，如石英等。长石、云母及其他黑色矿物抵抗风化能力弱，尤其是当它们粒径很小时更易变成次生矿物，所以在粉粒中较少见，而次生矿物

3、如高岭石反而易见。黏粒组的矿物成分几乎都是由次生矿物与腐殖质组成的。而次生矿物中以不可溶性的次生二氧化硅、黏土矿物和氧化物为主，但也有可溶性的次生矿物。黏土矿物是组成黏粒的主要矿物成分，由于其结晶格架构造不同，对形成软岩工程地质性质的影响也不相同。 黏粒组中的可溶性次生矿物以碳酸盐类为主。由于遇水后易溶解，从而使软岩的孔隙增大，结构疏松，强度降低。由于孔隙溶液的离子成分、浓度、pH值均将影响黏粒表面扩散层厚度的变化，所以软岩的工程地质性质也随之而改变。腐殖质是在风化壳中由于生物活动而堆积下来的有机质完全分解后形成的。当软岩中有机质含量较高时，亲水性、可塑性较高，压缩性大，透水性及抗剪强度较低。

4、总之，矿物成分与粒组有一定的关系，矿物的固有特性影响着软岩的工程地质。32软岩中的膨胀性矿物及其特征321软岩中的膨胀性矿物 膨胀性软岩的成分与泥质有关，而泥质的主要成分是黏土矿物。黏土矿物是指具有片状或链状结晶格架的铝硅酸盐，它是由原生矿物长石及云母等铝硅酸盐矿物经化学风化而成。 铝硅酸盐由两个主要部分组成，即硅氧四面体和铝氧八面体，由于这两种基本单元组成的比例不同，形成不同的黏土矿物。黏土矿物主要分为三大类，即高岭石（Kaolinte）、蒙脱石（Montmorilonite）和伊利石（Illite）。黏土矿物的存在很大程度上决定了软岩的性质。 图31是我国部分煤矿软岩膨胀性矿物成分实验分析

5、结果。由图中可以看出，不同地质时期形成的软岩其经受的构造运动次数不同，成岩和压密作用不同，因而膨胀性黏土矿物及其含量也各不相同。按生成时代和黏土矿物特征可将软岩分为三种类型：（1）古生代软岩。主要包括上石炭二叠系软岩。其主要的黏土矿物为高岭石、伊利石和伊蒙混层矿物，基本不含蒙脱石，或蒙脱石不能独立存在（只能以混层矿物存在）且混层矿物混层比比较低（20一25）。 （2）中生代软岩。主要包括侏罗系、白垩系及部分二叠系软岩。其主要黏土矿物为伊蒙混层，其次为高岭石、伊利石，蒙脱石含量较少（一般低于10），混层比多在5070。 （3）新生代软岩。主要包括第三系软岩。主要黏土矿物为蒙脱石、伊蒙混层和高岭石

6、。322软岩膨胀性矿物的物理化学特征 不同生成时代的软岩其天然含水量、比表面积、阳离子交换量等物理化学性质不同，如图32所示。煤矿软岩为沉积岩，地质年代越老，成岩和压密作用越强；经受的构造运动和岩浆活动的次数越多，其岩石中的含水量越少。一般地说，从蒙脱石型软岩、伊利石型软岩到高岭石型软岩，其含水量呈递减的趋势。古生代软岩的含水量小于8，中生代软岩为5一15，新生代软岩为10一20。 古生代软岩不含蒙脱石，且高岭石含量较高。中生代软岩由于含少量的蒙脱石和大量的伊蒙混层矿物及高岭石、伊利石等，因而比表面积在100350m2g之间，阳离子交换量多为2050mmoll00g。新生代软岩由于蒙脱石含量较

7、高，因此比表面积在150450m2g之间，阳离子交换量多为2560mmoll00g。323软岩膨胀性矿物的水理特征水理性质是指岩石在溶液作用下所表现出来的性质，包括岩石的吸水性、水力传导性、软化性、抗冻性、可溶性和膨胀性。对煤矿软岩工程来说，重要的是软岩的膨胀性和吸水性。我国部分矿区不同时代软岩的水理性质见表31。古生代软岩由于基本不含有蒙脱石，因而吸水性低，岩块吸水率小于10，膨胀性弱，软化不明显。中生代软岩由于含有少量的蒙脱石和大量的伊蒙混层矿物，因而吸水性较明显，岩块吸水率为1070，有较强的膨胀性和软化性，也有部分弱膨胀和低吸水能力型，这与其膨胀性矿物含量有关。新生代软岩由于含有量的蒙

8、脱石和伊蒙混层矿物，因而吸水能力强，岩石吸水率在20%80%之间，膨胀性和软化性显著。 324软岩膨胀性矿物的力学特征 不同时代的软岩由于黏土矿物成分和含量不同，因而具有不同的结构构造、物化性质、水理性质，并且最终使其力学特性明显不同。我国部分矿区软岩的力学指标如图33所示。古生代软岩由于结构致密，因而单轴抗压强度多为2040Mpa,抗拉强度为12MPa ，长期强度多为瞬时强度的50%80%,弹性模量较大，泊松比较小。中生代软岩的单轴抗压强度多为1530MPa,抗拉强度多为0.41MPa,长期强度多为瞬时强度的40%70%，弹性模量较低，泊松比较大。新生代软岩单轴抗压强度多为10MPa，抗拉强

9、度多为0.10.5MPa ,长期强度多为瞬时强度的10%40%，弹性模量很小，泊松比很大。325软岩膨胀性矿物的微观结构特征 由于软岩中的颗粒细小，黏土矿物变化很大，目前对其结构尚提不出系统的成因分类，仅是根据偏光显微镜和扫描电镜下的不同特征给出宏观结构特征和微观结构特征。33我国膨胀软岩的赋存特点 我国膨胀软岩的分布十分广泛，东起渤海之滨的山东龙口矿区，西到新疆六道湾煤矿；南起广东茂名矿务局石鼓煤矿，北到黑龙江鸡西矿务局的穆棱煤矿。从膨胀软岩形成地质时代区分，早自上二叠统，晚到上第三系甚至早更新统都有。从我国膨胀软岩的成因类型区分，几乎包括国外膨胀软岩所有类型，因此，我国膨胀软岩的工程性质是十分复杂的。331沉积型泥质膨胀软岩3311晚二叠系泥质膨胀软岩 对我国9省区（山西、河北、河南、安徽、湖北、湖南、江苏、浙江、宁夏）18个矿山和工程（汾西矿务局柳湾矿、水峪矿，引汾人