煤系砂岩抗拉强度研究：矿物粒径影响

"煤系地层砂岩抗拉强度及其矿物粒径效应" 煤系地层砂岩在地质构造中占据重要地位，其物理特性和力学性质对于矿产资源开采、地下工程建设以及地质灾害评估具有深远影响。这篇研究由吴兴杰、靖洪文、苏海健和马秀君共同完成，探讨了煤系砂岩抗拉强度与其矿物粒径之间的关系。研究发现，砂岩的抗拉强度与组成其矿物的粒径大小显著关联，这一现象被称为矿物粒径效应。 研究人员通过现场实测数据统计分析，观察到煤系砂岩在遭受拉伸力时表现出的抗拉强度差异。为了深入研究这一现象，他们利用不同粒径的石英砂和水泥浆液模拟制作了煤系砂岩劈裂圆盘，这是一种常见的力学性能测试方法，即巴西劈裂试验。这种试验能有效地模拟岩石在受拉状态下的行为。 试验过程中，研究者观察到劈裂圆盘在加载过程中的荷载-位移曲线变化。这些曲线通常经历三个阶段：初始的压密阶段，此时试样内部颗粒间的空隙被逐步压缩；随后是线性变化阶段，荷载与位移成比例增加，反映岩石的弹性特性；最后是峰值后的快速跌落阶段，表示岩石达到破坏临界点，抗拉强度达到最大值后迅速降低。 试验结果显示，随着石英砂粒径的增大，劈裂圆盘的密度逐渐增加。这是因为较大粒径的石英砂使得试样的孔隙度减小，结构更为致密。同时，这也导致了抗拉强度的提升，呈现出强化特征。这意味着砂岩的整体力学性能会因为其矿物组成粒度的细化或粗化而发生变化，这对于理解和预测煤系地层砂岩在工程应用中的行为至关重要。 此项研究对于地质工程师、矿业专家以及地质学家来说，提供了重要的参考依据。了解砂岩抗拉强度与矿物粒径的关系有助于优化开采技术、设计更稳固的地下结构，并能更好地预测和防止地质灾害。同时，这一发现也为岩石力学和材料科学领域的进一步研究提供了新的视角，未来可能引导出更加精确的砂岩力学模型和工程应用策略。