围压影响下矿体顶板页岩力学各向异性与破坏机制

摘要

以5种不同层理倾角(β)的黔东深部锰矿矿体顶板页岩为研究对象，开展4种围压条件下的压缩试验和试验全过程声发射(AE)监测.结果表明，页岩试样均表现出典型的脆性破坏特征.在相同围压下，页岩压缩强度与弹性模量均随着层理倾角增加而先减小后增大，呈U型变化特征，在β=60°附近时均达到最低值.两者的各向异性程度均随着围压的增大而降低，在高围压条件下趋于各向同性.随着层理倾角增大，页岩黏聚力差异较大，呈V型变化特征，在β=0°时黏聚力最大，在β=60°时黏聚力最小，而内摩擦角的变化不明显.基于宏观破坏图和上升角、平均频率等AE参数分析，发现不同层理倾角的页岩在各围压下的破坏机制均为拉-剪复合破坏.其中，剪切破坏的占比为58%～78%,是主要破坏机制.对3种AE特征参数进行页岩破坏可预测性评估，发现累计撞击计数作为预测因子的可预测性较强，为页岩破坏预测提供室内试验尺度的可能性.

关键词

页岩 / 力学各向异性 / 破坏机制 / 破坏预测 / 声发射