弱膠結類巖石細觀結構參數與其宏觀力學行為的關聯性研究進展

宋朝陽 寧方波

（1.煤炭科學研究總院建井研究分院，北京100013；2.北京科技大學土木與資源工程學院，北京100083；3.北京中煤礦山工程有限公司，北京，100013）

巖土問題的復雜性，在很大程度上來自于巖土材料的結構性。弱膠結砂巖大多是由顆粒物質和膠結物質經過壓實作用和膠結物質的膠結作用而成的沉積巖，大量顆粒物質與膠結物質相互膠結、相互作用，多種礦物顆粒和膠結成分組成的多相材料共同構成了復雜結構系統，顆粒物質和膠結物質共同承擔外部荷載［1］。因而，弱膠結類巖石與常規花崗巖等硬巖以晶粒或晶格組成的致密結構不同，與常規認識一般意義的軟巖在力學特性上也不同。弱膠結類巖石內部存在的顆粒界面、膠結物質、微裂紋和空洞等形式的缺陷導致其為典型的特殊各向異性非均質材料［2-5］，其非連續性的細觀結構特征決定了強接觸耗散的結構特性［6］。因此，弱膠結類巖石是典型的多尺度復合材料，由細觀或宏觀等不同的結構尺度與層次經過復雜的空間組合而形成，涉及多個物理、力學及其耦合領域。如何建立弱膠結類巖石的宏觀力學性能以及微細觀結構組織參數之間的關系，是弱膠結類巖石研究的重點，也是弱膠結類巖石研究的核心目標之一。

基于巖石細觀力學的發展和研究巖石細觀設備的應用，很多科學家將一些非線性理論，如分形理論、混沌、災變理論及重正化理論用來研究其機理［7-10］。研究弱膠結類巖石細觀構造參數對其力學強度的影響，其細觀構造表征因素主要有：各個成分的體積百分數和力學性質、礦物顆粒的尺寸和形狀、膠結物質成分和強度、顆粒物質和膠結物質的分布模式、內部缺陷特征等。……