黏土隔水层相似材料胶结剂的正交实验分析

采动隔水层的稳定性模拟是研究浅埋煤层保水开采的关键,隔水层相似模拟材料的开发则是模拟实验的基础.借助正交实验方法,将备选的胶结材料硅油、水玻璃和凡士林作为影响实验的几个因素,对其变形性(弹性模量E)和水理性(渗透性v)进行正交实验,确定了硅油是最佳的低强度非亲水胶结剂,而凡士林为最佳的塑性变形的胶结材料,黏土对强度和塑性以及水理性都具有显著影响.从强度、塑性和裂隙弥合性等方面,对材料的配比进行了研究,得出了可以全面模拟隔水层的应力应变全程性质和水理性的相似模拟材料与配比.

黏土隔水层抗采动能力试验研究

基于榆神矿区基岩上部赋存厚层黏土隔水层的地质采矿条件,采用实验室试验的方法,对黏土隔水层的物理、力学、水理、矿物成分、膨胀性等参数和性质进行了测试和分析,通过三轴应力应变渗透性试验,提出了黏性土受采动影响具有自愈性特征的观点。试验结果表明:黏土具有较大的内摩擦角和黏聚力,黏土隔水层中黏土矿物含量高、膨胀性好;红土层受采动扰动后重塑土样表现出较强的塑性特征,是该区优良的隔水关键层。

黏土隔水层仿真模拟实验加水因子影响规律研究

隔水层的采动隔水性研究是实现浅埋煤层保水开采的关键,物理相似模拟是研究的重要手段。通过选取加水因子,对黏土隔水层物理模拟实验中加水量对模型的影响程度进行了研究,得出加水因子影响规律,为实现仿真模拟奠定了基础。

分布承压黏土隔水层的坝基深厚覆盖层防渗研究

MRKQT水利枢纽工程坝址处河谷宽度1450m,覆盖层最大厚度206m,既有自上而下结构逐渐密实、多点分布透镜体状砂层、粉土层的整体性,又有中部分布两层连续隔水层及对应承压含水层的独特典型特征。从坝基防渗处理底部隔水层选择入手,分析隔水层①以下覆盖层覆盖层渗漏可控性和安全性;又从施工期、运行期不破坏隔水层①现状整体性为前提,拟定3组较常用的覆盖层防渗处理方案进行计算分析,初选防渗墙全封闭方案及防渗墙采用柔性材料。

采动影响下黏土隔水层失效过程的数值模拟研究

为研究黏土隔水层在采动影响下阻隔水性的变化规律,利用有限元分析软件Midas/GTS建立了近松散含水层开采工作面的流固耦合数值计算模型,分析了在多场耦合效应下,黏土隔水层中应力、位移、孔压等参数在其隔水性改变过程中的变化规律,进而探讨了黏土隔水层隔水性的变化规律及其所引起的顶板突水规律。结果表明:松散层能够阻止导水断裂带的向上发育,深厚黏土层具有明显的阻隔水作用;当地层达到一定的采动程度,黏土隔水层发生破坏,开采影响范围内的黏土隔水层中部容易且先发生破坏;隔水层在破坏前其底部会产生负孔隙压力,随着隔水性的失去负孔隙压力消散;黏土层的隔水性能并非因为其完整性的破坏而立即丧失,而是存在一个非单调的渐变过程。

黏土隔水层的应力应变全程相似模拟材料和配比实验研究

通过对榆树湾煤矿黏土和黄土隔水层岩样的力学实验,获得原型的相似应力应变全程曲线。根据以往的研究经验,确定河沙、黏土、菜籽油和水为相似配比材料,采用变单因素分析法,将沙、土、油和水进行配比实验,比对相似材料的应力应变全程曲线,考虑材料破坏的峰值强度和应变及残余强度和应变等主要因素,得出普通润滑油是理想的塑性影响剂,并获得了最佳黏土隔水层相似配比。研究实现了对黏土隔水层应力-应变全程相似,为隔水层稳定性和保水开采的相似模拟研究提供了有效方法。

基于分布式光纤的松散含水层失水沉降规律研究

煤矿开采扰动间接引起的地下水散失会使松散层压缩,造成地表沉降,威胁煤矿安全生产。为深入分析此类非采动因素对松散含水层失水沉降的影响,根据已有的地质水文资料将研究区松散层自上而下划分为一含、一隔、二含、二隔、三含、三隔和四含。利用分布式光纤监测技术、水文观测技术和土力学实验对研究区域松散含水层进行全面观测,分析了非采动情形下各层位的形变特征,探究了深层隔水层的黏土弱化规律,明确了深层含水层形变量和该层位水头高度变化之间的关系。结果表明:①四含及上部部分隔水层持续压缩是造成研究区域地表沉降的主要原因。对地层形变贡献最大的两个层位分别为四含和一含,其中一含形变具有季节性特征,春季夏季抬升,秋季冬季沉降,而四含则在观测周期内呈持续沉降态势。②结合布设水文孔、分布式光纤和土力学实验,实现了对目标层位黏土弱化程度的监测,研究区四含上覆黏土层受四含地下水的影响产生黏土弱化,其弱化程度与埋深成反比,与地下水流通性成正比,黏土层弱化将导致含水层顶部隔水层压缩,加剧地表沉降。③四含形变与四含层位水头高度变化的趋势一致,两者呈线性关系,观测结果与理论计算结果相符,表明四含失水是造成四含压缩形变的主要原因。