弱膠結地層孔壁圍巖力化耦合效應的規(guī)律分析

魏瀅瀅

（成都職業(yè)技術學院 四川成都 610000）

1 耦合過程的發(fā)展

自20世紀80年代開始，耦合過程就已然成為巖土力學，尤其是弱膠結地層圍巖力化領域中的重要研究話題之一，往往其不僅包含著眾多化學成分和酸堿性溶液，更是可以以孔隙水壓力形式對圍巖產生力學作用，或是與圍巖產生化學反應，致使圍巖自身微觀結構和宏觀結構均發(fā)生較大改變，在這種情況下圍巖力學性質也將遭到改變。文章主要對弱膠結地層孔壁圍巖力化耦合效應規(guī)律展開深入化研究分析。

2 關于弱膠結地層孔壁圍巖力化耦合效應的闡述

根據相關理論性研究和實踐論證分析可以了解到，往往在鉆井液與弱膠結地層相互作用條件下，地層水化應力、水化時間及孔隙壓力等可構建成一個數學系統模型，然后再通過水化應力、孔壁圍巖地應力及孔隙壓力的不斷疊加可構建以弱膠結地層和孔壁圍巖應力分布情況為核心的數學模型。最后工作人員可針對圍巖實際強度和孔壁圍巖應力兩者展開對比分析，嚴格遵循強度標準規(guī)范準確判斷出弱膠結地層孔壁圍巖運行狀態(tài)，從而促使弱膠結地層孔壁圍巖力化耦合能夠有效開展實施。具體就以下幾方面內容展開詳細闡述：①弱膠結地層水化特性。通常來說，在地質鉆進取芯時鉆井液要始終沿著地層裂縫或孔隙位置進入，進而容易給地層帶來水化影響，而經過文章的詳細研究發(fā)現，弱膠結地層在與不同類型鉆井液作用下，無論是水化應力、孔隙壓力還是地層強度參數等均可建立相應與之相關數學模型，切實增強孔壁圍巖力化耦合水平[1]。②弱膠結地層孔壁圍巖應力分布。往往相關人員在對弱膠結地層水化應力、孔隙壓力內容研究時，還應進一步展開鉆井液壓力在弱膠結地層孔壁圍巖上分布情況的深入化探究，然后再將孔隙壓力和水化應力疊加上去，構建相對完善的弱膠結地層孔壁圍巖應力分布數學模型。③弱膠結地層力化耦合效應。根據調查顯示往往在構建完孔壁圍巖強度數學模型和弱膠結地層孔壁圍巖應力分布數學模型后，工作人員應采用計算方法準確得出孔壁微彈承受應力不同數值和不同強度，隨后再以某一時間段為主要依據展開圍巖應力和強度的綜合性對比分析，對于其中可能存在的失穩(wěn)現象提出合理性應對措施。

3 弱膠結地層孔壁圍巖力化耦合效應的發(fā)展規(guī)律研究

3.1 力化作用下圍巖破裂過程

根據相關調查顯示數據可知，化學作用對圍巖破裂的研究時間較早，國外著名研究學者更是展開了水、有機溶劑對圍巖破裂影響的實驗操作，結果表明水和有機溶劑對圍巖斷裂帶來的作用非常顯著，并且因水蒸氣具有一定吸附性特點，因而會使圍巖礦物表面自由度下降約200～400%之內，再加上水溶液和液態(tài)水的存在更使圍巖自由性受到極大限制，需要相關研究人員能夠切實提高自身重視程度并不斷加大研究投入力度，如Rebinder等人經過長期研究分析提出了Griffith思想理論，重點闡述了不同化學試劑作用下對圍巖裂縫拓展可能性的影響；而Karfakis等人也對化學溶液對圍巖斷裂韌性可能帶來影響展開了重點研究；隨后馮夏庭和唐連生也對圍巖力化作用展開了一系列深入化研究探討得出以下結論：①由微觀角度來看，圍巖是在力學作用下將相關顆粒粘結在一起的一個結構，其中可能存在大量孔隙、裂縫等問題，而圍巖力化則是將微觀物質成分或是組成逐漸轉變成宏觀力學性質的過程。②隨著能源需求量的不斷增加，對孔壁圍巖力化耦合效應的研究可以說是受到了高度重視，針對孔壁圍巖耦合展開了反復性實驗操作，便于為弱膠結地層孔壁圍巖力化耦合效應規(guī)律總結提供切實可行參考性依據。

3.2 力化作用下圍巖變形和強度

在不同作用的影響下，相關學者針對圍巖侵蝕展開了一系列實驗操作，主要應用材料便是大理巖、花崗巖及灰?guī)r等，實驗結果表明圍巖化學作用往往對圍巖力學效應有著至關重要影響，而圍巖水化容易受到影響因素則主要包括圍巖礦物組成、化學性質及巖石結構分布等。同時圍巖在化學影響下自身強度會出現較大改變，而導致這種現象出現的根本原因則在于圍巖力學特征的相關參數正處于不斷變化之中，而在弱膠結地層孔壁圍巖力化耦合實際操作過程中，圍巖作用則是指在應力作用下巖體物理化學性質遭到損壞的一個過程，不僅取決于應力影響下圍巖結構變動情況，更是與圍巖耦合效應有著直接聯系?；诖?，我國著名研究人員崔強、喬麗萍等人針對該方面內容展開了詳細實驗操作，結果表明弱膠結地層孔壁圍巖力化耦合效應對圍巖物理力學特性有著根本性影響。

3.3 力學作用下圍巖滲透特性

從本質上來說，圍巖就是由多種天然礦物經過長時間化學作用逐漸形成產生的一種非均質、多缺陷性材料，因形成期間會受到來自地球大量不均衡因素影響，導致圍巖自身體內存在較多孔隙弊端，都可能會對圍巖物理力學特征帶來不利影響，甚至巖體孔隙還會影響到其滲透性能，進而致使圍巖應力狀態(tài)發(fā)生改變[2]。同時因多數圍巖巖體均處于地下水環(huán)境中，因而其不僅會受到應力作用，還會受到地下水中存在離子化學侵蝕，隨著水巖反應程度的加深，圍巖中包含的一些活性礦物也會產生各種化學反應，從而從礦物表面離析出各種物質成分，嚴重影響到圍巖內部結構，使圍巖力學強度遭到大幅度減弱。為有效解決這一問題，就需相關研究人員能夠針對圍巖力化耦合效應展開深入化實驗分析，重點研究耦合效應發(fā)展規(guī)律，基于此構建健全完善數學結構模型，便于人們對弱膠結地層孔壁圍巖力化耦合情況能有一個更加全面掌握，促使孔壁圍巖力化耦合能夠順利運行。

4 結束語

綜上所述，隨著科學技術水平的不斷提高，弱膠結地層孔壁圍巖力化耦合效應研究逐漸被引起高度重視，有利于為圍巖地層強度性能綜合提升奠定良好基礎。然而基于當前實際情況來看，雖然弱膠結地層孔壁圍巖力化耦合實驗操作頻率較高，但總體來說卻遠遠無法達到理想成效，實驗開展期間仍面臨著較多問題。為有效解決這一現狀，就需相關研究人員能夠不斷加大自身弱膠結地層孔壁圍巖力化耦合投入力度，深入掌握了解圍巖力化耦合效應規(guī)律，針對其中可能出現的不穩(wěn)定因素有效解決，促使弱膠結地層孔壁圍巖力化耦合效應能夠始終處于安全可靠運行狀態(tài)下。

課題項目：弱膠結地層孔壁圍巖力化耦合效應研究（SKLGP2015Z020）。

[1]孟慶彬，韓立軍，喬衛(wèi)國，等.極弱膠結地層煤巷錨網索耦合支護效應研究及應用[J].采礦與安全工程學報，2016，33（05）：770～778.

[2]馮偉，朱江，宋遠卓.極弱膠結地層中大斷面硐室開挖及支護技術研究[J].礦冶工程，2015（03）：9～13.