為了研究過斷層破碎帶空間上滯后突水問題,圍巖變形破壞全過程應力滲透耦合模型被應用于涌水及穩(wěn)定性分析。試驗獲得的巖石滲透率應變演化全過程曲線被進行三次樣條插值平滑處理,得到不同巖性的流固耦合函數(shù)模型,并嵌入到COMSOL Multiphysics中進行計算。模擬結果表明:基于試驗曲線的流固耦合模型計算得到的擾動范圍更大,在斷層外影響范圍為25 m;巷道掘進過程中,工作面拱肩部位更易形成涌水;裂隙帶對于巷道開挖過的影響范圍為通過裂隙帶前后40 m,過裂隙帶后突水風險達到最大;滯后突水時間為1.2到2.5 d,并且與地層中應力場、滲流場分布有關。通過本文研究,利用試驗曲線建立的滲流耦合模型獲得了斷層空間滯后突水機制,修正了滯后突水發(fā)生的可能位置和加固范圍。 

【文章來源】：地下空間與工程學報. 2020,16(05)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：8 頁

【部分圖文】：

地質(zhì)資料示意圖與模擬計算模型

圖2為使用的耦合路線。在本研究中，假設巖體為多孔介質(zhì)，滲流特性符合達西定律。對試驗獲得的數(shù)據(jù)進行平滑處理作為材料本構。破壞準則使用D-P準則。滲流對應力的影響通過Biot有效應力原理耦合，應力對滲流的影響通過應變改變滲透率。以上關系可表達用以下方程表示:

輸入時，將曲線中所有的拐點、駐點進行三次樣條插值平滑處理。在工程中，破碎帶內(nèi)巖土體的滲透特性與同種材料巖塊的滲透性質(zhì)差異巨大。因此，模擬裂隙帶內(nèi)的滲透時，需要對裂隙帶內(nèi)材料的滲透性進行修正。根據(jù)吳基文等[25]現(xiàn)場試驗后的結果，模型裂隙帶的滲透率相較巖塊試驗，普遍高了3～10倍。此處考慮到地質(zhì)資料以及周圍煤層開采影響，對巖層滲透系數(shù)的提升倍數(shù)為10。各巖層使用數(shù)據(jù)如圖3所示。其中，由于破碎帶使用的全風化泥巖的滲透系數(shù)數(shù)據(jù)較特殊，繪制于次要橫、縱坐標軸。2.2 蠕變模型

【參考文獻】：
期刊論文
[1]斷層滯后型突水滲-流轉化機制及數(shù)值模擬研究[J]. 李海燕,張紅軍,李術才,劉人太,鄭卓,白繼文.  采礦與安全工程學報. 2017(02)
[2]基于FLAC3D的斷裂滯后突水數(shù)值仿真技術[J]. 劉偉韜,申建軍,王連富.  遼寧工程技術大學學報(自然科學版). 2012(05)
[3]北皂海域煤礦頂板軟巖試樣滲透性試驗研究[J]. 孫強,姜振泉,朱術云.  巖土工程學報. 2012(03)
[4]煤礦隱伏斷層突水的斷裂力學模型及力學判據(jù)[J]. 陳忠輝,胡正平,李輝,陳慶豐.  中國礦業(yè)大學學報. 2011(05)
[5]突水斷層水量預測的數(shù)值模擬[J]. 楊國勇,車燦輝,劉樹才.  采礦與安全工程學報. 2010(03)
[6]“三軟”煤層采動底板變形特征數(shù)值模擬與實測對比分析[J]. 朱術云,鞠遠江,姜振泉.  湖南科技大學學報(自然科學版). 2010(01)
[7]含隱伏斷層煤層底板損傷演化及滯后突水機理分析[J]. 李連崇,唐春安,李根,楊天鴻.  巖土工程學報. 2009(12)
[8]斷裂帶煤礦井巷滯后突水機理數(shù)值模擬[J]. 武強,朱斌,李建民,洪益清,錢增江.  中國礦業(yè)大學學報. 2008(06)
[9]煤層底板巖體阻水能力原位測試研究[J]. 吳基文,樊成.  巖土工程學報. 2003(01)
[10]巖石在伺服條件下的滲透性與應變、應力的關聯(lián)性特征[J]. 姜振泉,季梁軍,左如松,曹麗文.  巖石力學與工程學報. 2002(10)

博士論文
[1]流固耦合作用下巖體滲流演化規(guī)律與突水災變機理研究[D]. 黃震.中國礦業(yè)大學 2016
[2]趙各莊礦深部煤層底板突水危險性與斷裂滯后突水評價[D]. 邊凱.中國礦業(yè)大學(北京) 2015
[3]帶壓開采底板構造裂隙帶活化導滲機制[D]. 張蕊.中國礦業(yè)大學 2014
[4]采動巖層與地表移動的“四帶”模型研究[D]. 夏小剛.西安科技大學 2012

碩士論文
[1]砂巖蠕變特性試驗及其影響因素研究[D]. 姚軍.成都理工大學 2015



本文編號：3467340