【摘要】：巖體裂隙是地下水的賦存空間,滲透水壓作用于裂隙巖體內(nèi)部的節(jié)理、裂隙中,改變著裂隙巖體的內(nèi)應(yīng)力狀態(tài),降低裂隙巖體的力學(xué)強(qiáng)度。裂隙巖體在工程擾動(dòng)、滲流壓力等的共同作用下,內(nèi)部裂隙不斷擴(kuò)展、貫通,最終導(dǎo)致裂隙巖體破裂失穩(wěn),并引起突水等災(zāi)害。本文綜合運(yùn)用現(xiàn)場實(shí)測、室內(nèi)試驗(yàn)、數(shù)值模擬計(jì)算、理論分析等方法,對高壓滲流作用下裂隙巖體的損傷演化機(jī)制進(jìn)行了深入的探討與研究,主要取得了以下成果:(1)全應(yīng)力-應(yīng)變過程巖石損傷破壞大致可分為五個(gè)階段,不同階段的聲發(fā)射活動(dòng)頻率及能率具有不同的特征、滲透性也隨之發(fā)生變化。滲壓作用下巖石的損傷破壞受到圍壓及滲透水壓的影響,圍壓的存在抑制著裂隙巖體的損傷破裂,滲透水壓則極大的促進(jìn)著裂隙巖的損傷破裂。巖石的滲透性與巖石的損傷破壞狀態(tài)存在明顯的相關(guān)性,是巖石損傷破壞狀態(tài)的外在表現(xiàn)。巖石滲透性的演化過程對應(yīng)于巖石的損傷破壞狀態(tài)具有明顯的階段性,且其演化過程中存在滲透性明顯的突增點(diǎn)。(2)基于工程現(xiàn)場對裂隙巖體進(jìn)行的原位高滲流壓水試驗(yàn)結(jié)果,分析得到了裂隙巖體滲透性與滲流壓力的關(guān)聯(lián)性,裂隙巖體的滲透性隨隨滲流壓力呈指數(shù)型增大,且增大的趨勢表現(xiàn)出明顯的分段性,滲透系數(shù)的增大曲線上反映出明顯的突變點(diǎn)。分析認(rèn)為滲透系數(shù)增大的主要原因應(yīng)是裂隙面開度在滲透水壓作用下增大的結(jié)果,通過對試驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合分析,推導(dǎo)出高滲流水壓作用下裂隙巖體滲透系數(shù)與裂隙初始滲透能力、裂隙狀態(tài)參數(shù)(張開度、剛度)的關(guān)聯(lián)評價(jià)模型。(3)運(yùn)用斷裂力學(xué)理論,綜合考慮裂隙的閉合與張開情況,對滲透水壓參與下的裂隙巖體裂紋起裂、擴(kuò)展機(jī)制進(jìn)行了理論分析。分析得出滲透水壓力的大小與裂隙起裂強(qiáng)度成反比,圍壓的大小與裂隙起裂強(qiáng)度成正比,裂紋長度與裂隙起裂強(qiáng)度成反比裂紋尖端曲率半徑與裂隙起裂強(qiáng)度成反比;有關(guān)滲透水壓作用下裂隙巖體裂紋的擴(kuò)展研究發(fā)現(xiàn),無論是裂隙張開還是閉合,滲透水壓力加劇了裂紋的擴(kuò)展,而圍壓的作用則相反。(4)在人為擾動(dòng)及地下水滲流作用下,裂隙巖體由穩(wěn)定狀態(tài)到破壞失穩(wěn)的變形過程可以分為穩(wěn)定演化及突變失穩(wěn)兩個(gè)階段,而裂隙巖體破壞失穩(wěn)往往與滲流突變致災(zāi)相伴生。從裂隙巖體損傷演化機(jī)制角度,巖體裂隙的滲透性主要受制于裂隙的張開程度及連通性,滲透性強(qiáng)弱影響著滲流壓力的作用強(qiáng)度,并影響到巖體的內(nèi)應(yīng)力狀態(tài)。裂隙巖體破壞失穩(wěn)后,滲流壓力會(huì)隨之急劇增強(qiáng),由此導(dǎo)致裂隙巖體的滲流狀態(tài)發(fā)生質(zhì)的變化。(5)對承壓水上采動(dòng)煤層底板損傷破壞進(jìn)行數(shù)值研究,結(jié)合以往學(xué)者對煤層底板破裂與滲流演化過程的研究,分析了承壓水上開采煤層過程中底板應(yīng)力場、損傷破裂、滲流場的演化規(guī)律以及頂板垮落壓實(shí)、底板非均質(zhì)性、承壓含水層水壓對等因素對底板損傷破裂與滲流演化的影響。
[Abstract]:In this paper , the relation between permeability of fractured rock mass and seepage pressure is studied . The results are as follows : ( 1 ) The damage of rock under the action of seepage pressure can be divided into five stages . ( 3 ) By using fracture mechanics theory , the crack initiation and expansion mechanism of fractured rock mass under the influence of seepage water pressure are analyzed .
【學(xué)位授予單位】：中國礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TU45

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本文編號(hào)：2127691