節(jié)理巖石透水機理的試驗研究.pdf

1、裂隙巖體的水力學(xué)特性對巖土工程活動產(chǎn)生重要影響，如礦區(qū)地表水滲漏、煤層底板承壓水突出預(yù)防與控制，以及石油開采、地?zé)衢_采、核廢料的埋藏等，都不可避免地涉及到裂隙水的問題。正確掌握節(jié)理巖石的透水機理，對于礦山設(shè)計、開采安全、以及礦區(qū)地下水資源的保護(hù)、區(qū)域環(huán)境安全預(yù)測預(yù)報都有重要的理論意義和實際價值。 本文通過理論分析、數(shù)值計算和現(xiàn)場工程應(yīng)用相結(jié)合的方法，對節(jié)理巖石透水機理的試驗技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)的分析和研究。首先在分析節(jié)理巖石的滲流特性

2、、節(jié)理滲流的水力學(xué)模型、應(yīng)力作用下節(jié)理滲流演化規(guī)律的基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)致密巖石和節(jié)理組巖石滲透系數(shù)之間存在著非常顯著的差異，可以達(dá)到8個數(shù)量級。致密巖石試件的實驗滲透性不能客觀準(zhǔn)確地反映節(jié)理巖石的滲透性。單節(jié)理面巖石的達(dá)西定理模型及巖石的MTS滲透試驗結(jié)果，還不能夠滿足反應(yīng)節(jié)理巖石的滲透性預(yù)測的實際需要。進(jìn)一步通過F-RFPA2D數(shù)值模擬計算，研究分析了節(jié)理巖石在破壞前后不同變形階段加載步一垂直載荷一滲透系數(shù)之間的關(guān)系。結(jié)果顯示，在線性變形階

3、段，巖石的滲透系數(shù)隨應(yīng)力的增大而減少；在非線性變形階段，巖石的滲透系數(shù)減速變緩；在軟化階段，隨著節(jié)理巖石裂隙逐漸擴展聯(lián)通，滲透系數(shù)不斷增大；不同厚度、不同角度節(jié)理在不同垂直載荷作用下，滲透系數(shù)變化也不同；剪應(yīng)力作用下節(jié)理巖石更容易發(fā)生破壞，滲透系數(shù)伴隨裂紋的擴展變化而變化，剪應(yīng)力引起的節(jié)理巖石變形對其滲流有重要的影響。通過分析MTS滲流試驗方法的原理與特點，提出了綜合考慮巖石受力狀態(tài)、各相異性、節(jié)理面粗糙度、節(jié)理產(chǎn)狀等因素的綜合滲透系數(shù)

4、的試驗測試方法，給出了節(jié)理巖石在剪應(yīng)力作用下透水性檢測裝置和設(shè)計方法。結(jié)合黃陵一號煤礦實際工程，分析了該礦3、4采區(qū)工作面開采透水機理，發(fā)現(xiàn)工作面自開切眼推進(jìn)到120m，工作面頂板18m以上層位巖層發(fā)生離層，裂隙范圍進(jìn)一步加大，出現(xiàn)第一次透水，實際透水量80m3/h；工作面推進(jìn)到160m，裂隙帶高度達(dá)到58m，透水量加大，實測透水量140m3/h；工作面推進(jìn)到240m，裂隙帶發(fā)育至煤層以上120m處，實測工作面透水量105m3/h，與計