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).

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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
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