类陷落柱介质渗流突变机制试验研究

岩溶陷落柱是内部结构杂乱无章的特殊地质构造,易成为隐伏于煤层底板下的垂向导水通道,是华北地区石炭二叠系煤田的重大安全隐患。在采动影响下,底板隐伏陷落柱的突水通道通常由底板破坏带和陷落柱共同组成,为了研究其渗流突变机制,利用自行研制的破碎岩体渗透性试验系统,对不同底板破坏带条件下,隐伏陷落柱的渗流特性进行了试验研究。研究结果表明:渗流突变发生的根本原因是大颗粒流失导致破碎岩体孔隙结构改变;发生渗流突变时,流速随渗流边界孔隙直径的增大而增大,同时试样的初始孔隙度均大于0.21;未发生渗流突变时,渗流边界对渗流无显著影响,并且试样的渗透率随孔隙度的增大而增大,渗透率比和孔隙度比存在幂函数关系;非Darcy流β因子为负是渗流突变发生的充分必要条件,非Darcy流β因子的大小决定渗流突变的剧烈程度。

非稳定渗流条件下宽级配砂砾土细粒迁移试验研究

既有的土体内部稳定性判定准则,对宽级配砂砾土非稳定渗流中的内部稳定状态难以准确刻画。从细粒迁移显微观测的试验设计中,通过测算试样流速与累计侵蚀率的突变特征,引入孔隙率n修正Istonima准则。研究结果表明:①细粒活跃状态随不均匀系数C u及孔隙率n的增加而增加,根据其运动特征可划分为稳定、过渡和不稳定3个阶段。②流速发展为存在渗流突变点的随水力梯度先减后增的非线性过程,渗流突变点是渗流压密—渗流侵蚀的转化临界点;试验中各因素对质量侵蚀率敏感性大小为:水力梯度、级配不均匀度、孔隙率,在C_(u)=20.47、n=0.40时质量侵蚀率最大。③通过对比以试样内部细粒稳定程度及宏观参数特征所划分的内部稳定性判定结果与各判定准则结果,将相对准确的Istonima准则进行修正,提高了对宽级配砂砾土内部稳定性的判定准确性。

陷落柱突水的尖点突变模型研究

司马煤矿陷落柱较为发育,是下组煤开采水害防治的重要隐患。通过尖点突变理论对陷落柱突水的渗流突变过程进行研究,构建了渗流速度比、水压致突因子和时间因子三个突水关键因素间的关系,建立了陷落柱水害的尖点突变模型,并针对司马煤矿陷落柱X3进行突水危险性预测,为陷落柱突水的提前预警提供了强有力的理论基础。

隧道突水突泥致灾机理研究现状

突水突泥是制约隧道建设的最常见、最严重的地质灾害。为更好地指导工程实践,掌握隧道突水突泥灾害关键致灾要素及建立科学合理的防控技术对于突水突泥灾害防治至为关键。突水突泥发生机理即突水突泥通道形成的灾变演化过程,主要有两种形式:一种是完整岩体裂隙演化导致的突水突泥通道;另一种是地质缺陷式突水突泥通道。对两类通道形成机理进行总结,结果表明目前关于富水全强风化花岗岩突水突泥机理的研究,尤其是颗粒迁移的变质量渗流研究十分匮乏,急需深入研究。建议后续可以采用模型试验和理论研究两种手段对富水全强风化花岗岩突水突泥机理进行深入研究。

水压对岩体的破坏作用及深部巷道底板增压突水试验研究

我国煤炭开采向深部快速发展,高承压水对非常规条件下岩体的破坏作用复杂化,突水事故日益严重。为了研究水压对岩体的破坏及突水发生的机理,进行了水压对岩体的破坏及弱化作用的力学计算,实施了深部破碎岩体巷道底板的增压注水试验并观测了巷道突水的工程响应,通过计算及试验综合分析,认为水压可降低岩体的抗压、抗剪强度,减小有效承载应力。但是自然水压对岩体非贯通裂隙的破坏作用有限,一旦形成贯通裂隙,则情况发生变化,不仅水压对岩体的劈裂、挤入作用加强,还会通过冲刷作用加重、加快岩体的破坏,并使岩体向受拉状态演变直至发生灾变;同时根据突水过程及岩体的物性变化特点,验证了深部条件下的突水滞后性和突变性的规律。

渗透压力和初始孔隙度对破碎泥岩变质量渗流影响的试验研究

为揭示不同埋深岩溶陷落柱在承压水压力和压实程度2种影响因素作用下的突水机理,利用改进的变质量破碎岩石渗流试验系统,进行了考虑颗粒迁移的破碎泥岩变质量渗流试验,得出渗流突变历时、突出物质量、突出物质量变化率及孔隙度变化率等在渗透压力和初始孔隙度共同作用下的变化规律。研究表明:1)在渗流初始阶段,渗透压力和流量稳定;渗流突变时,渗透压力和流量均发生剧变,变化幅度与试样的突出物质量和孔隙结构调整情况有关。2)随初始孔隙度增大、渗透压力增加,突水历时变短,突出物质量增大,二者均可由渗透压力和初始孔隙度表示为对数函数,突出物质量变化率和孔隙度变化率均变快,可用指数函数拟合。3)随着渗透压力增大,突水历时、突出物的质量、突出物质量变化率和孔隙度变化率受初始孔隙度的影响逐渐减弱。