岩土力学 ›› 2023, Vol. 44 ›› Issue (9): 2545-2554.doi: 10.16285/j.rsm.2022.1549

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

不同组分断层泥的剪切特性试验研究

谢礼焕1, 2，刘贺娟1, 2，班胜男1, 2，冒海军1, 2，夏德斌1, 2， 宋宇家1, 2，童荣琛1, 2，应琪祺1, 2   

  1. 1. 中国科学院武汉岩土力学研究所 岩土力学与工程国家重点实验室，湖北 武汉 430071；2. 中国科学院大学，北京 100049
  • 收稿日期:2022-10-08 接受日期:2022-12-08 出版日期:2023-09-11 发布日期:2023-09-02
  • 通讯作者: 刘贺娟，女，1983年生，博士，研究员，博士生导师，主要从事能源地下储库、CCUS工程中地质体密封性理论和评价技术的研究工作。E-mail: hjliu@whrsm.ac.cn E-mail:xielihuan20@mails.ucas.ac.cn
  • 作者简介:谢礼焕，男，1998年生，硕士，主要从事天然气地下储气库断层活化机制方面的研究工作。
  • 基金资助:
    中科院百人计划项目（No.Y826031C01）；国家自然科学基金项目（No.U22A20166）。

Experimental study on shear properties of fault gouge with different mineral compositions

XIE Li-huan1, 2, LIU He-juan1, 2, BAN Sheng-nan1, 2, MAO Hai-jun1, 2, XIA De-bin1, 2, SONG Yu-jia1, 2, TONG Rong-chen1, 2, YING Qi-qi1, 2   

  1. 1. State Key Laboratory of Geomechanics and Geotechnical Engineering, Institute of Rock and Soil Mechanics, Chinese Academy of Science, Wuhan, Hubei 430071, China; 2. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
  • Received:2022-10-08 Accepted:2022-12-08 Online:2023-09-11 Published:2023-09-02
  • Supported by:
    This work was supported by CAS Pioneer Hundred Talents Program (Y826031C01) and the National Natural Science Foundation (U22A20166).

PDF (Chinese)

213

PDF (English)

7

摘要： 断层泥的强度参数是影响地下储气库断层封闭性好坏的主要因素之一。利用3种矿物含量（高岭土含量K、蒙脱石含量M和石英含量Q）批量制作了不同组分的含水率为30%的断层泥并开展土工直剪试验来获取不同断层泥剪切强度参数（黏聚力c和内摩擦角φ）。试验研究表明：（1）断层泥的黏聚力与蒙脱石含量呈正相关关系，而与石英含量呈负相关关系。高蒙脱石含量（M≥40%）下断层泥黏聚力与高岭土含量呈正相关关系；（2）断层泥的内摩擦角与蒙脱石的含量呈负相关关系，与高岭土的含量呈正相关关系；（3）断层泥的黏聚力与塑性指数IP呈正相关关系，内摩擦角与塑性指数IP呈负相关关系；（4）通过统计学方法获取的断层泥剪切强度参数预测值与试验结果吻合度很高，表明统计学方法可以用于预测断层泥的剪切特性。

关键词: 断层泥, 剪切特性, 黏聚力, 内摩擦角, 矿物组分

Abstract: The strength parameters of fault gouge is significant for the fault sealing of underground gas storage. In this paper, direct shear tests are performed for fault gouge composed of different contents of kaolinite(K), montmorillonite(M) and quartz(Q), thus obtaining the shear strength parameters (cohesion c and internal friction angle φ ) of various types of fault gouge. The results reveal that: (1) the cohesion of fault gouge is positively correlated with the content of montmorillonite and negatively correlated with the content of quartz. The cohesion of fault gouge specimens with high content of montmorillonite (≥40%) is positively correlated with the content of kaolinite; (2) The internal friction angle of fault gouge is negatively correlated with the content of montmorillonite and positively correlated with the content of kaolinite; (3) The cohesion of fault gouge is positively correlated with the plasticity index IP, while the internal friction angle is negatively correlated with the plasticity index IP; (4) The predicted shear strength parameters of fault gouge obtained by statistical methods match well with the experimental results, indicating that statistical method is feasible in predicting the shear strength of fault gouge.

Key words: fault gouge, shear properties, cohesion, internal friction angle, mineral composition

中图分类号: 

  • TU411
[1] 刘飞禹, 张诗珣, 熊勃, . 粗糙度对不同粒径砂-混凝土界面剪切特性影响[J]. 岩土力学, 2023, 44(增刊): 419-426.
[2] 王海波, 吕伟华, 武荘, 朱文波, . 不同温度应力路径下饱和黏土剪切特性[J]. 岩土力学, 2022, 43(3): 679-687.
[3] 侯娟, 邢行, 徐东, 陆向前, . 土工膜-土工布界面动力剪切特性试验研究[J]. 岩土力学, 2022, 43(2): 365-376.
[4] 年廷凯, 张放, 郑德凤, 李东阳, 沈月强, 雷得浴, . 基于计算流体力学-离散元法耦合方法的海底 黏性滑坡体运动行为模拟[J]. 岩土力学, 2022, 43(11): 3174-3184.
[5] 郑罗斌, 王亮清, 朱林锋, 姜耀飞, 王斌. 锁定方式对锚固节理剪切特性影响的试验研究[J]. 岩土力学, 2021, 42(4): 1056-1064.
[6] 姜景山, 左永振, 程展林, 潘家军, . 不同密度粗粒料强度特性的大型真三轴试验[J]. 岩土力学, 2020, 41(8): 2601-2608.
[7] 白雪元, 王学滨, 舒芹, . 静水压力下内摩擦角对圆形洞室围岩局部破裂 影响的连续-非连续模拟[J]. 岩土力学, 2020, 41(7): 2485-2493.
[8] 谢辉辉, 许振浩, 刘清秉, 胡桂阳, . 干湿循环路径下弱膨胀土峰值及残余强度演化研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(S1): 245-252.
[9] 许 江, 瞿佳美, 刘义鑫, 彭守建, 王 威, 吴善康, . 循环剪切荷载作用下充填物对结构面 剪切特性影响试验研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(5): 1627-1637.
[10] 王鹏飞, 谭文辉, 马学文, 李子建, 刘景军, 武洋帆, . 不同胶结度断层泥强度参数与含水率关系[J]. 岩土力学, 2019, 40(5): 1657-1662.
[11] 吴 琼, 王晓晗, 唐辉明, 刘超远, 姜耀飞, 徐艳君, . 巴东组易滑地层异性层面剪切特性 及水致劣化规律研究 [J]. 岩土力学, 2019, 40(5): 1881-1889.
[12] 李晓照, 戚承志, 邵珠山, 屈小磊, . 基于细观力学脆性岩石剪切特性演化模型研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(4): 1358-1367.
[13] 吉恩跃, 陈生水, 傅中志, . 掺砾心墙料拉裂力学特性试验研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(12): 4777-4782.
[14] 孙德安，张乾越，张 龙，朱赞成，. 高庙子膨润土强度时效性试验研究[J]. , 2018, 39(4): 1191-1196.
[15] 雷晓丹，杨忠平，张晓景，涂义亮，刘树林，胡元鑫，. 土石混合料剪切特性及块石破碎特征[J]. , 2018, 39(3): 899-908.
Viewed
Full text


Abstract

Cited
  Shared   
  Discussed   
[1] 姚仰平，侯 伟. 土的基本力学特性及其弹塑性描述[J]. , 2009, 30(10): 2881 -2902 .
[2] 徐金明,羌培,张鹏飞. 粉质黏土图像的纹理特征分析[J]. , 2009, 30(10): 2903 -2907 .
[3] 向天兵，冯夏庭，陈炳瑞，江 权，张传庆. 三向应力状态下单结构面岩石试样破坏机制与真三轴试验研究[J]. , 2009, 30(10): 2908 -2916 .
[4] 石玉玲，门玉明，彭建兵，黄强兵，刘洪佳. 地裂缝对不同结构形式桥梁桥面的破坏试验研究[J]. , 2009, 30(10): 2917 -2922 .
[5] 夏栋舟，何益斌，刘建华. 土-结构动力相互作用体系阻尼及地震反应分析[J]. , 2009, 30(10): 2923 -2928 .
[6] 徐速超，冯夏庭，陈炳瑞. 矽卡岩单轴循环加卸载试验及声发射特性研究[J]. , 2009, 30(10): 2929 -2934 .
[7] 张力霆，齐清兰，魏静，霍倩，周国斌. 淤填黏土固结过程中孔隙比的变化规律[J]. , 2009, 30(10): 2935 -2939 .
[8] 张其一. 复合加载模式下地基失效机制研究[J]. , 2009, 30(10): 2940 -2944 .
[9] 易 俊，姜永东，鲜学福，罗 云，张 瑜. 声场促进煤层气渗流的应力-温度-渗流压力场的流固动态耦合模型[J]. , 2009, 30(10): 2945 -2949 .
[10] 陶干强，杨仕教，任凤玉. 崩落矿岩散粒体流动性能试验研究[J]. , 2009, 30(10): 2950 -2954 .
版权所有 © 《岩土力学》编辑部
地址：湖北武汉武昌小洪山中国科学院武汉岩土力学研究所(430071)　邮编：200042　电话：027-87198484, 87199252, 87199253, 87198752　E-mail: ytlx@whrsm.ac.cn
本系统由北京玛格泰克科技发展有限公司设计开发