節理巖石透水機理的試驗研究.pdf

1、裂隙巖體的水力學特性對巖土工程活動產生重要影響，如礦區地表水滲漏、煤層底板承壓水突出預防與控制，以及石油開采、地熱開采、核廢料的埋藏等，都不可避免地涉及到裂隙水的問題。正確掌握節理巖石的透水機理，對于礦山設計、開采安全、以及礦區地下水資源的保護、區域環境安全預測預報都有重要的理論意義和實際價值。 本文通過理論分析、數值計算和現場工程應用相結合的方法，對節理巖石透水機理的試驗技術進行了系統的分析和研究。首先在分析節理巖石的滲流特性

2、、節理滲流的水力學模型、應力作用下節理滲流演化規律的基礎上，發現致密巖石和節理組巖石滲透系數之間存在著非常顯著的差異，可以達到8個數量級。致密巖石試件的實驗滲透性不能客觀準確地反映節理巖石的滲透性。單節理面巖石的達西定理模型及巖石的MTS滲透試驗結果，還不能夠滿足反應節理巖石的滲透性預測的實際需要。進一步通過F-RFPA2D數值模擬計算，研究分析了節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之間的關系。結果顯示，在線性變形階

3、段，巖石的滲透系數隨應力的增大而減少；在非線性變形階段，巖石的滲透系數減速變緩；在軟化階段，隨著節理巖石裂隙逐漸擴展聯通，滲透系數不斷增大；不同厚度、不同角度節理在不同垂直載荷作用下，滲透系數變化也不同；剪應力作用下節理巖石更容易發生破壞，滲透系數伴隨裂紋的擴展變化而變化，剪應力引起的節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、各相異性、節理面粗糙度、節理產狀等因素的綜合滲透系數

4、的試驗測試方法，給出了節理巖石在剪應力作用下透水性檢測裝置和設計方法。結合黃陵一號煤礦實際工程，分析了該礦3、4采區工作面開采透水機理，發現工作面自開切眼推進到120m，工作面頂板18m以上層位巖層發生離層，裂隙范圍進一步加大，出現第一次透水，實際透水量80m3/h；工作面推進到160m，裂隙帶高度達到58m，透水量加大，實測透水量140m3/h；工作面推進到240m，裂隙帶發育至煤層以上120m處，實測工作面透水量105m3/h，與計