基于微型試件的煤巖力學(xué)與滲流規(guī)律研究.pdf

1、隨著中國經(jīng)濟(jì)的崛起，各大工程項(xiàng)目正處在緊鑼密鼓的建設(shè)當(dāng)中，很多大的工程都涉及到了巖石力學(xué)和巖石滲流學(xué)的知識，在這些領(lǐng)域內(nèi)的專業(yè)研究還不足以解決實(shí)際的一些工程問題，尤其在一些礦業(yè)工程當(dāng)中，因此，研究煤巖材料的力學(xué)與滲流損傷規(guī)律，具有廣泛的工程意義。數(shù)十年來，煤巖材料的力學(xué)和滲流學(xué)研究，主要針對的是一些大中型試件的變形損傷規(guī)律的研究，在小型，甚至在微型試件的研究領(lǐng)域，成果還很少，因此，本文針對微型煤巖試件的實(shí)驗(yàn)研究，能夠一定程度上彌補(bǔ)這方面

2、的空白。
　　通過對材料特性的分析，選取了黃色粉砂巖和晉城15號無煙煤作為本文試驗(yàn)的主要試件材料，并鉆取了直徑為6mm，長度為12mm的試件。微型煤巖試驗(yàn)機(jī)能夠針對微型試件進(jìn)行單軸壓縮、三軸壓縮，配合本文設(shè)計的煤巖實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，進(jìn)行了煤巖滲流方面的一系列研究。將煤巖試驗(yàn)機(jī)和CT系統(tǒng)配合使用，完成了對煤巖材料力學(xué)和破裂滲流學(xué)方面的的研究，得到了大量的可靠數(shù)據(jù)。
　　本文主要采用實(shí)驗(yàn)和理論來分析微型試件的煤巖力學(xué)與滲流規(guī)律，在理論分

3、析方面，分別從煤巖力學(xué)和滲流學(xué)兩方面展開，力學(xué)分析了煤巖變形破壞理論、煤巖力學(xué)實(shí)驗(yàn)發(fā)展和煤巖應(yīng)力-應(yīng)變曲線特點(diǎn);滲流學(xué)分析了水-巖作用理論、煤巖滲流理論和煤巖在應(yīng)力-滲流耦合作用下的滲流理論。
　　單軸壓縮實(shí)驗(yàn)證明了煤巖材料的強(qiáng)度與變形不僅與材料所含礦物顆粒有關(guān)，還受內(nèi)部裂隙孔隙結(jié)構(gòu)的形式、大小影響。砂巖試件的強(qiáng)度和變形還與試件的徑長比和尺寸有關(guān)，而無煙煤試件的強(qiáng)度和變形具有顯著的各向異性。三軸壓縮實(shí)驗(yàn)表明，隨著圍壓的增大，各類試

4、件的強(qiáng)度和變形都逐漸變大。通過分析殘余強(qiáng)度，指出黃砂巖屬于偏脆性的巖石材料，而無煙煤屬于偏塑性。單軸壓縮軟化實(shí)驗(yàn)表明，隨著浸水時間（含水率）的增加，煤巖材料遇水軟化，強(qiáng)度和變形發(fā)生了較大變化，無煙煤展現(xiàn)了浸水軟化的各向異性。煤巖材料滲流實(shí)驗(yàn)指出，煤巖滲流性與內(nèi)部裂隙結(jié)構(gòu)息息相關(guān)，圍壓一定，隨著滲透壓增加，強(qiáng)度和變形逐漸減小。破裂煤巖滲流規(guī)律研究發(fā)現(xiàn)，圍壓和滲透壓對煤巖材料的滲流性能都起著決定性的作用，滲透壓一定，圍壓增加，單位時間流量成