本文關(guān)鍵詞：裂隙巖體承壓滲流演化特征及其水力學機制研究　出處：《中國礦業(yè)大學》2017年博士論文　論文類型：學位論文

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【摘要】：地下工程水害中,由巖體裂隙導滲誘發(fā)的水害占比較高。對于高地壓、高水壓的地下工程環(huán)境,滲透水壓不但會改變巖體的內(nèi)應力狀態(tài)、弱化巖體的力學強度,也對裂隙巖體的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生強烈的破壞效應。在高壓滲流作用下,巖體裂隙網(wǎng)絡不斷擴展,滲流阻力持續(xù)降低,最終形成低阻滲流通道并導致突水等災害事故。本文綜合運用理論分析、室內(nèi)模擬試驗、現(xiàn)場實測等方法,對裂隙巖體承壓滲流演化的結(jié)構(gòu)控制效應及其水力學機制進行了深入的研究與探討,取得了以下研究成果:(1)通過伺服滲透試驗,對比分析了軟巖和硬巖在全應力-應變過程的滲透性演化特點及其對應于不同變形階段的滲透性差異。試驗結(jié)果反映的巖石變形過程的滲透性與變形程度具有密切的關(guān)聯(lián)性,導滲性伴隨裂隙網(wǎng)絡的形成、擴展呈現(xiàn)明顯變化,脆性堅硬巖與塑性軟巖對應于變形破壞過程的導滲性變化及其關(guān)聯(lián)程度具有明顯的差異�；谠囼炑芯拷Y(jié)果,論文構(gòu)建了巖石破壞峰前應力段的滲透性-應力關(guān)系模式,提出了滲透性-應力關(guān)系表達式。(2)通過不同結(jié)構(gòu)巖體的現(xiàn)場原位高壓滲透試驗,研究了高滲壓作用下裂隙巖體的滲透性演化特性。論文基于試驗取得的滲流水壓、滲流水量及進、出口水壓等關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)的擬合分析,總結(jié)提出了巖體的起始導滲水壓和最大導滲水壓,指出最大導滲水壓可作為衡量裂隙巖體阻滲能力的參數(shù)。在此基礎(chǔ)上,建立了裂隙巖體滲透系數(shù)-滲透壓力的關(guān)系模式,揭示了高滲壓作用下裂隙擴展演化規(guī)律及其與滲透性之間的關(guān)系。(3)借助于巖石破裂過程的聲發(fā)射信息識別技術(shù),從理論角度對巖體滲透性與裂隙擴展之間的關(guān)聯(lián)特性進行了分析。研究揭示出,滲流水壓對裂隙巖體的破壞作用主要分為擠入破壞和劈裂破壞兩種,裂隙在水壓力和應力作用下發(fā)生擴展的過程中,聲發(fā)射參數(shù)均隨著應力增長呈現(xiàn)出分段特征,且存在突變點。論文定義了巖石破裂屈服系數(shù),即突變點對應時間與破裂總時間的比值,將其作為界定巖石破裂臨界信息,由此合理解釋了巖石變形過程的滲透性演化特點及其水力學機制。(4)通過室內(nèi)模型試驗模擬研究了裂隙巖體形成集中滲流通道情況下的裂隙滲流特征。根據(jù)試驗結(jié)果,貫通性裂隙通道導滲狀態(tài)下總體表現(xiàn)為高滲流阻力特點,裂隙網(wǎng)絡滲流呈紊流性態(tài),滲流水壓力和裂隙導滲通道形態(tài)是影響裂隙巖體滲流演化特點的兩個關(guān)鍵因素:一方面,裂隙巖體滲流過程滲流速度與水力梯度呈冪函數(shù)或二次函數(shù)關(guān)系,一定的滲流壓力下,滲流速度隨導滲通道寬度增大而減小;另一方面,裂隙網(wǎng)絡滲流過程沿途滲流壓力隨滲流距離的增大而逐漸減小,表明滲透壓力消減與滲流阻力的增大呈關(guān)聯(lián)轉(zhuǎn)化趨勢。對于一定的裂隙導滲條件,沿滲流路徑的水力梯度表現(xiàn)有呈負指數(shù)形式衰減特點。(5)采用模型試驗方法對比分析了地下水和高粘滯性化學漿液在裂隙中滲流過程的物性響應特點。根據(jù)水介質(zhì)滲流路徑沿途的自然電場變化能夠量化確定地下水的滲流速度,根據(jù)化學漿液介質(zhì)滲流路徑沿途激勵電流的躍升程度和視電阻率變化可以分別確定漿液介質(zhì)滲流到達的位置和對裂隙空間的充填效果。論文對二者滲透性的試驗結(jié)果進行了對比分析,揭示了巖體裂隙對于地下水滲流的結(jié)構(gòu)控制效應。
【學位授予單位】：中國礦業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TU45

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