弱胶结地层孔壁围岩力化耦合效应的规律分析

魏滢滢

（成都职业技术学院 四川成都 610000）

1 耦合过程的发展

自20世纪80年代开始，耦合过程就已然成为岩土力学，尤其是弱胶结地层围岩力化领域中的重要研究话题之一，往往其不仅包含着众多化学成分和酸碱性溶液，更是可以以孔隙水压力形式对围岩产生力学作用，或是与围岩产生化学反应，致使围岩自身微观结构和宏观结构均发生较大改变，在这种情况下围岩力学性质也将遭到改变。文章主要对弱胶结地层孔壁围岩力化耦合效应规律展开深入化研究分析。

2 关于弱胶结地层孔壁围岩力化耦合效应的阐述

根据相关理论性研究和实践论证分析可以了解到，往往在钻井液与弱胶结地层相互作用条件下，地层水化应力、水化时间及孔隙压力等可构建成一个数学系统模型，然后再通过水化应力、孔壁围岩地应力及孔隙压力的不断叠加可构建以弱胶结地层和孔壁围岩应力分布情况为核心的数学模型。最后工作人员可针对围岩实际强度和孔壁围岩应力两者展开对比分析，严格遵循强度标准规范准确判断出弱胶结地层孔壁围岩运行状态，从而促使弱胶结地层孔壁围岩力化耦合能够有效开展实施。具体就以下几方面内容展开详细阐述：①弱胶结地层水化特性。通常来说，在地质钻进取芯时钻井液要始终沿着地层裂缝或孔隙位置进入，进而容易给地层带来水化影响，而经过文章的详细研究发现，弱胶结地层在与不同类型钻井液作用下，无论是水化应力、孔隙压力还是地层强度参数等均可建立相应与之相关数学模型，切实增强孔壁围岩力化耦合水平[1]。②弱胶结地层孔壁围岩应力分布。往往相关人员在对弱胶结地层水化应力、孔隙压力内容研究时，还应进一步展开钻井液压力在弱胶结地层孔壁围岩上分布情况的深入化探究，然后再将孔隙压力和水化应力叠加上去，构建相对完善的弱胶结地层孔壁围岩应力分布数学模型。③弱胶结地层力化耦合效应。根据调查显示往往在构建完孔壁围岩强度数学模型和弱胶结地层孔壁围岩应力分布数学模型后，工作人员应采用计算方法准确得出孔壁微弹承受应力不同数值和不同强度，随后再以某一时间段为主要依据展开围岩应力和强度的综合性对比分析，对于其中可能存在的失稳现象提出合理性应对措施。

3 弱胶结地层孔壁围岩力化耦合效应的发展规律研究

3.1 力化作用下围岩破裂过程

根据相关调查显示数据可知，化学作用对围岩破裂的研究时间较早，国外著名研究学者更是展开了水、有机溶剂对围岩破裂影响的实验操作，结果表明水和有机溶剂对围岩断裂带来的作用非常显著，并且因水蒸气具有一定吸附性特点，因而会使围岩矿物表面自由度下降约200～400%之内，再加上水溶液和液态水的存在更使围岩自由性受到极大限制，需要相关研究人员能够切实提高自身重视程度并不断加大研究投入力度，如Rebinder等人经过长期研究分析提出了Griffith思想理论，重点阐述了不同化学试剂作用下对围岩裂缝拓展可能性的影响；而Karfakis等人也对化学溶液对围岩断裂韧性可能带来影响展开了重点研究；随后冯夏庭和唐连生也对围岩力化作用展开了一系列深入化研究探讨得出以下结论：①由微观角度来看，围岩是在力学作用下将相关颗粒粘结在一起的一个结构，其中可能存在大量孔隙、裂缝等问题，而围岩力化则是将微观物质成分或是组成逐渐转变成宏观力学性质的过程。②随着能源需求量的不断增加，对孔壁围岩力化耦合效应的研究可以说是受到了高度重视，针对孔壁围岩耦合展开了反复性实验操作，便于为弱胶结地层孔壁围岩力化耦合效应规律总结提供切实可行参考性依据。

3.2 力化作用下围岩变形和强度

在不同作用的影响下，相关学者针对围岩侵蚀展开了一系列实验操作，主要应用材料便是大理岩、花岗岩及灰岩等，实验结果表明围岩化学作用往往对围岩力学效应有着至关重要影响，而围岩水化容易受到影响因素则主要包括围岩矿物组成、化学性质及岩石结构分布等。同时围岩在化学影响下自身强度会出现较大改变，而导致这种现象出现的根本原因则在于围岩力学特征的相关参数正处于不断变化之中，而在弱胶结地层孔壁围岩力化耦合实际操作过程中，围岩作用则是指在应力作用下岩体物理化学性质遭到损坏的一个过程，不仅取决于应力影响下围岩结构变动情况，更是与围岩耦合效应有着直接联系。基于此，我国著名研究人员崔强、乔丽萍等人针对该方面内容展开了详细实验操作，结果表明弱胶结地层孔壁围岩力化耦合效应对围岩物理力学特性有着根本性影响。

3.3 力学作用下围岩渗透特性

从本质上来说，围岩就是由多种天然矿物经过长时间化学作用逐渐形成产生的一种非均质、多缺陷性材料，因形成期间会受到来自地球大量不均衡因素影响，导致围岩自身体内存在较多孔隙弊端，都可能会对围岩物理力学特征带来不利影响，甚至岩体孔隙还会影响到其渗透性能，进而致使围岩应力状态发生改变[2]。同时因多数围岩岩体均处于地下水环境中，因而其不仅会受到应力作用，还会受到地下水中存在离子化学侵蚀，随着水岩反应程度的加深，围岩中包含的一些活性矿物也会产生各种化学反应，从而从矿物表面离析出各种物质成分，严重影响到围岩内部结构，使围岩力学强度遭到大幅度减弱。为有效解决这一问题，就需相关研究人员能够针对围岩力化耦合效应展开深入化实验分析，重点研究耦合效应发展规律，基于此构建健全完善数学结构模型，便于人们对弱胶结地层孔壁围岩力化耦合情况能有一个更加全面掌握，促使孔壁围岩力化耦合能够顺利运行。

4 结束语

综上所述，随着科学技术水平的不断提高，弱胶结地层孔壁围岩力化耦合效应研究逐渐被引起高度重视，有利于为围岩地层强度性能综合提升奠定良好基础。然而基于当前实际情况来看，虽然弱胶结地层孔壁围岩力化耦合实验操作频率较高，但总体来说却远远无法达到理想成效，实验开展期间仍面临着较多问题。为有效解决这一现状，就需相关研究人员能够不断加大自身弱胶结地层孔壁围岩力化耦合投入力度，深入掌握了解围岩力化耦合效应规律，针对其中可能出现的不稳定因素有效解决，促使弱胶结地层孔壁围岩力化耦合效应能够始终处于安全可靠运行状态下。

课题项目：弱胶结地层孔壁围岩力化耦合效应研究（SKLGP2015Z020）。

[1]孟庆彬，韩立军，乔卫国，等.极弱胶结地层煤巷锚网索耦合支护效应研究及应用[J].采矿与安全工程学报，2016，33（05）：770～778.

[2]冯伟，朱江，宋远卓.极弱胶结地层中大断面硐室开挖及支护技术研究[J].矿冶工程，2015（03）：9～13.