作为一种广泛分布的岩体,泥岩具有干燥坚硬如石,遇水崩解成泥的特性,显著影响工程结构稳定性。泥岩是由粘土矿物和碎屑矿物构成的非均质体,矿物组分的性质影响泥岩的力学特性。论文从矿物组分入手、从细观尺度切入,研究了泥岩细观力学特性及其遇水弱化规律。先后进行了典型泥岩矿物组分测试实验、矿物组分细观力学性质研究、矿物组分对力学性质影响规律模拟和特征粘土矿物组分的遇水弱化规律理论分析;开展了从泥质工程到泥岩体,再到泥岩矿物组分,最后立足特征粘土矿物的一系列研究工作。典型泥岩细观组构分析以东欢坨矿业公司-690 m轨道大巷顶板泥岩为研究对象,泥岩是由粘土矿物和碎屑矿物构成的非均质岩体,粘土矿物含量达87.77%,以蒙脱石为主;粘土矿物含量高导致泥岩具有软弱和遇水弱化特征,影响巷道围岩稳定性。同时,泥岩矿物颗粒之间存在微小孔隙和裂隙。泥岩细观力学性质研究采用纳米压痕技术,细观界定为泥岩矿物颗粒组分。泥岩不同矿物颗粒组分之间的硬度、弹性模量和断裂韧度不同。纳米压痕力学参数与矿物组分具有关联性,提出采用混合高斯模型(Mixtures of Gaussians)表征泥岩力学参数分布规律的方法。混合高斯模型的比例为粘土矿物和碎屑矿物的质量比,均值和标准差通过粘土矿物和碎屑矿物力学参数计算。基于泥岩弹性模量混合高斯分布模型,考虑泥岩孔隙率对宏观力学参数的影响,进行弹性模量细观到宏观尺度升级。矿物组分对力学性质的影响通过类泥岩材料和PFC2D进行模拟,物理、数值模拟考虑泥岩中碎屑矿物颗粒和粘土矿物颗粒细观组构,模拟结果表明:泥岩遇水弱化指数随粘土矿物含量增加先增加,然后稳定;泥岩力学强度随着粘土矿物增加而减小,减小幅度降低。根据泥岩水化弱化指数和单轴抗压强度,确定泥岩临界粘土矿物(蒙脱石)体积分数为28.81%。特征粘土矿物组分的遇水弱化规律分析以膨胀性蒙脱石颗粒为研究对象,蒙脱石颗粒压实成型试件密度随含水率增加线性递减。考虑蒙脱石颗粒之间相互作用的范德华力和静电力,建立蒙脱石试件遇水弱化模型,试件单轴抗压强度随含水率增加而减小,减小趋势变缓。蒙脱石试件的临界含水率为60%左右,当含水率增加到60%时,蒙脱石试件单轴抗压强度为0.04 MPa,具有流体特性。