魏瀅瀅

（成都職業(yè)技術(shù)學(xué)院 四川成都 610000）

1 耦合過(guò)程的發(fā)展

自20世紀(jì)80年代開(kāi)始，耦合過(guò)程就已然成為巖土力學(xué)，尤其是弱膠結(jié)地層圍巖力化領(lǐng)域中的重要研究話(huà)題之一，往往其不僅包含著眾多化學(xué)成分和酸堿性溶液，更是可以以孔隙水壓力形式對(duì)圍巖產(chǎn)生力學(xué)作用，或是與圍巖產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，致使圍巖自身微觀結(jié)構(gòu)和宏觀結(jié)構(gòu)均發(fā)生較大改變，在這種情況下圍巖力學(xué)性質(zhì)也將遭到改變。文章主要對(duì)弱膠結(jié)地層孔壁圍巖力化耦合效應(yīng)規(guī)律展開(kāi)深入化研究分析。

2 關(guān)于弱膠結(jié)地層孔壁圍巖力化耦合效應(yīng)的闡述

根據(jù)相關(guān)理論性研究和實(shí)踐論證分析可以了解到，往往在鉆井液與弱膠結(jié)地層相互作用條件下，地層水化應(yīng)力、水化時(shí)間及孔隙壓力等可構(gòu)建成一個(gè)數(shù)學(xué)系統(tǒng)模型，然后再通過(guò)水化應(yīng)力、孔壁圍巖地應(yīng)力及孔隙壓力的不斷疊加可構(gòu)建以弱膠結(jié)地層和孔壁圍巖應(yīng)力分布情況為核心的數(shù)學(xué)模型。最后工作人員可針對(duì)圍巖實(shí)際強(qiáng)度和孔壁圍巖應(yīng)力兩者展開(kāi)對(duì)比分析，嚴(yán)格遵循強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范準(zhǔn)確判斷出弱膠結(jié)地層孔壁圍巖運(yùn)行狀態(tài)，從而促使弱膠結(jié)地層孔壁圍巖力化耦合能夠有效開(kāi)展實(shí)施。具體就以下幾方面內(nèi)容展開(kāi)詳細(xì)闡述：①弱膠結(jié)地層水化特性。通常來(lái)說(shuō)，在地質(zhì)鉆進(jìn)取芯時(shí)鉆井液要始終沿著地層裂縫或孔隙位置進(jìn)入，進(jìn)而容易給地層帶來(lái)水化影響，而經(jīng)過(guò)文章的詳細(xì)研究發(fā)現(xiàn)，弱膠結(jié)地層在與不同類(lèi)型鉆井液作用下，無(wú)論是水化應(yīng)力、孔隙壓力還是地層強(qiáng)度參數(shù)等均可建立相應(yīng)與之相關(guān)數(shù)學(xué)模型，切實(shí)增強(qiáng)孔壁圍巖力化耦合水平[1]。②弱膠結(jié)地層孔壁圍巖應(yīng)力分布。往往相關(guān)人員在對(duì)弱膠結(jié)地層水化應(yīng)力、孔隙壓力內(nèi)容研究時(shí)，還應(yīng)進(jìn)一步展開(kāi)鉆井液壓力在弱膠結(jié)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(yīng)力疊加上去，構(gòu)建相對(duì)完善的弱膠結(jié)地層孔壁圍巖應(yīng)力分布數(shù)學(xué)模型。③弱膠結(jié)地層力化耦合效應(yīng)。根據(jù)調(diào)查顯示往往在構(gòu)建完孔壁圍巖強(qiáng)度數(shù)學(xué)模型和弱膠結(jié)地層孔壁圍巖應(yīng)力分布數(shù)學(xué)模型后，工作人員應(yīng)采用計(jì)算方法準(zhǔn)確得出孔壁微彈承受應(yīng)力不同數(shù)值和不同強(qiáng)度，隨后再以某一時(shí)間段為主要依據(jù)展開(kāi)圍巖應(yīng)力和強(qiáng)度的綜合性對(duì)比分析，對(duì)于其中可能存在的失穩(wěn)現(xiàn)象提出合理性應(yīng)對(duì)措施。

3 弱膠結(jié)地層孔壁圍巖力化耦合效應(yīng)的發(fā)展規(guī)律研究

3.1 力化作用下圍巖破裂過(guò)程

根據(jù)相關(guān)調(diào)查顯示數(shù)據(jù)可知，化學(xué)作用對(duì)圍巖破裂的研究時(shí)間較早，國(guó)外著名研究學(xué)者更是展開(kāi)了水、有機(jī)溶劑對(duì)圍巖破裂影響的實(shí)驗(yàn)操作，結(jié)果表明水和有機(jī)溶劑對(duì)圍巖斷裂帶來(lái)的作用非常顯著，并且因水蒸氣具有一定吸附性特點(diǎn)，因而會(huì)使圍巖礦物表面自由度下降約200～400%之內(nèi)，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(guān)研究人員能夠切實(shí)提高自身重視程度并不斷加大研究投入力度，如Rebinder等人經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期研究分析提出了Griffith思想理論，重點(diǎn)闡述了不同化學(xué)試劑作用下對(duì)圍巖裂縫拓展可能性的影響；而Karfakis等人也對(duì)化學(xué)溶液對(duì)圍巖斷裂韌性可能帶來(lái)影響展開(kāi)了重點(diǎn)研究；隨后馮夏庭和唐連生也對(duì)圍巖力化作用展開(kāi)了一系列深入化研究探討得出以下結(jié)論：①由微觀角度來(lái)看，圍巖是在力學(xué)作用下將相關(guān)顆粒粘結(jié)在一起的一個(gè)結(jié)構(gòu)，其中可能存在大量孔隙、裂縫等問(wèn)題，而圍巖力化則是將微觀物質(zhì)成分或是組成逐漸轉(zhuǎn)變成宏觀力學(xué)性質(zhì)的過(guò)程。②隨著能源需求量的不斷增加，對(duì)孔壁圍巖力化耦合效應(yīng)的研究可以說(shuō)是受到了高度重視，針對(duì)孔壁圍巖耦合展開(kāi)了反復(fù)性實(shí)驗(yàn)操作，便于為弱膠結(jié)地層孔壁圍巖力化耦合效應(yīng)規(guī)律總結(jié)提供切實(shí)可行參考性依據(jù)。

3.2 力化作用下圍巖變形和強(qiáng)度

在不同作用的影響下，相關(guān)學(xué)者針對(duì)圍巖侵蝕展開(kāi)了一系列實(shí)驗(yàn)操作，主要應(yīng)用材料便是大理巖、花崗巖及灰?guī)r等，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明圍巖化學(xué)作用往往對(duì)圍巖力學(xué)效應(yīng)有著至關(guān)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(xué)性質(zhì)及巖石結(jié)構(gòu)分布等。同時(shí)圍巖在化學(xué)影響下自身強(qiáng)度會(huì)出現(xiàn)較大改變，而導(dǎo)致這種現(xiàn)象出現(xiàn)的根本原因則在于圍巖力學(xué)特征的相關(guān)參數(shù)正處于不斷變化之中，而在弱膠結(jié)地層孔壁圍巖力化耦合實(shí)際操作過(guò)程中，圍巖作用則是指在應(yīng)力作用下巖體物理化學(xué)性質(zhì)遭到損壞的一個(gè)過(guò)程，不僅取決于應(yīng)力影響下圍巖結(jié)構(gòu)變動(dòng)情況，更是與圍巖耦合效應(yīng)有著直接聯(lián)系?；诖?，我國(guó)著名研究人員崔強(qiáng)、喬麗萍等人針對(duì)該方面內(nèi)容展開(kāi)了詳細(xì)實(shí)驗(yàn)操作，結(jié)果表明弱膠結(jié)地層孔壁圍巖力化耦合效應(yīng)對(duì)圍巖物理力學(xué)特性有著根本性影響。

3.3 力學(xué)作用下圍巖滲透特性

從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)，圍巖就是由多種天然礦物經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間化學(xué)作用逐漸形成產(chǎn)生的一種非均質(zhì)、多缺陷性材料，因形成期間會(huì)受到來(lái)自地球大量不均衡因素影響，導(dǎo)致圍巖自身體內(nèi)存在較多孔隙弊端，都可能會(huì)對(duì)圍巖物理力學(xué)特征帶來(lái)不利影響，甚至巖體孔隙還會(huì)影響到其滲透性能，進(jìn)而致使圍巖應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生改變[2]。同時(shí)因多數(shù)圍巖巖體均處于地下水環(huán)境中，因而其不僅會(huì)受到應(yīng)力作用，還會(huì)受到地下水中存在離子化學(xué)侵蝕，隨著水巖反應(yīng)程度的加深，圍巖中包含的一些活性礦物也會(huì)產(chǎn)生各種化學(xué)反應(yīng)，從而從礦物表面離析出各種物質(zhì)成分，嚴(yán)重影響到圍巖內(nèi)部結(jié)構(gòu)，使圍巖力學(xué)強(qiáng)度遭到大幅度減弱。為有效解決這一問(wèn)題，就需相關(guān)研究人員能夠針對(duì)圍巖力化耦合效應(yīng)展開(kāi)深入化實(shí)驗(yàn)分析，重點(diǎn)研究耦合效應(yīng)發(fā)展規(guī)律，基于此構(gòu)建健全完善數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)模型，便于人們對(duì)弱膠結(jié)地層孔壁圍巖力化耦合情況能有一個(gè)更加全面掌握，促使孔壁圍巖力化耦合能夠順利運(yùn)行。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，隨著科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，弱膠結(jié)地層孔壁圍巖力化耦合效應(yīng)研究逐漸被引起高度重視，有利于為圍巖地層強(qiáng)度性能綜合提升奠定良好基礎(chǔ)。然而基于當(dāng)前實(shí)際情況來(lái)看，雖然弱膠結(jié)地層孔壁圍巖力化耦合實(shí)驗(yàn)操作頻率較高，但總體來(lái)說(shuō)卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)無(wú)法達(dá)到理想成效，實(shí)驗(yàn)開(kāi)展期間仍面臨著較多問(wèn)題。為有效解決這一現(xiàn)狀，就需相關(guān)研究人員能夠不斷加大自身弱膠結(jié)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(yīng)規(guī)律，針對(duì)其中可能出現(xiàn)的不穩(wěn)定因素有效解決，促使弱膠結(jié)地層孔壁圍巖力化耦合效應(yīng)能夠始終處于安全可靠運(yùn)行狀態(tài)下。

課題項(xiàng)目：弱膠結(jié)地層孔壁圍巖力化耦合效應(yīng)研究（SKLGP2015Z020）。

[1]孟慶彬，韓立軍，喬衛(wèi)國(guó)，等.極弱膠結(jié)地層煤巷錨網(wǎng)索耦合支護(hù)效應(yīng)研究及應(yīng)用[J].采礦與安全工程學(xué)報(bào)，2016，33（05）：770～778.

[2]馮偉，朱江，宋遠(yuǎn)卓.極弱膠結(jié)地層中大斷面硐室開(kāi)挖及支護(hù)技術(shù)研究[J].礦冶工程，2015（03）：9～13.