基于顆粒流的破碎巖體間潰砂試驗(yàn)及數(shù)值模擬.pdf

1、本文以榆神府地區(qū)薄基巖淺埋深的特殊地質(zhì)條件為原型，概化了垮落帶破碎巖體間潰砂的工程地質(zhì)模型，確定了影響潰砂的基本因素。采用自行設(shè)計(jì)的潰砂裝置對(duì)破碎巖體空隙間顆粒流動(dòng)進(jìn)行了研究，歸納總結(jié)出潰砂運(yùn)動(dòng)方程，同時(shí)應(yīng)用數(shù)值模擬的手段深入揭示了潰砂內(nèi)部的運(yùn)動(dòng)特征。主要結(jié)論如下：
　?。?）分析了陜北礦區(qū)的區(qū)域概況、地層條件、工程地質(zhì)條件和水文地質(zhì)條件，得出上覆基巖破碎巖體間的裂隙通道和松散層風(fēng)積砂是潰砂災(zāi)害發(fā)生的主要因素。針對(duì)礦區(qū)垮落帶潰砂，

2、認(rèn)為井下潰砂通道主要是切落裂縫或破碎巖體裂隙等空隙，物源為地表風(fēng)積砂及上覆松散砂層含水層。
　?。?）采用自行設(shè)計(jì)研制的室內(nèi)潰砂模型，選定顆粒粒徑、松散層厚度、破碎巖塊直徑、垮落帶高度為潰砂因素并進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：在一定高度試驗(yàn)圓筒內(nèi)的砂體處于靜力平衡狀態(tài)，砂體下降保持勻速，松散層的厚度對(duì)潰砂速度無(wú)影響?？迓鋷r塊對(duì)潰砂有阻擋作用，潰砂速度隨著巖塊層數(shù)增加呈現(xiàn)遞減的趨勢(shì)，滿足回歸方程為反比例函數(shù)關(guān)系，并且計(jì)算出球狀巖塊受力分

3、布規(guī)律以及潰砂通道對(duì)顆粒阻擋作用分布。通過(guò)方差分析得出巖塊直徑和顆粒粒徑對(duì)潰砂速度有高度顯著影響，而且前者更加顯著，并歸納出以巖塊直徑3次冪和顆粒粒徑1次冪的比值做綜合指標(biāo)，潰砂速度隨綜合指標(biāo)表現(xiàn)為底數(shù)大于1的對(duì)數(shù)函數(shù)關(guān)系。最后得出潰砂速度關(guān)于顆粒粒徑、巖塊直徑、垮落帶巖塊層數(shù)的綜合方程。
　?。?）在數(shù)值模擬中發(fā)現(xiàn)潰砂經(jīng)歷顆粒間壓密、砂體勻速下降、垮落帶內(nèi)紊流和自由下落四個(gè)運(yùn)動(dòng)階段，潰砂速度在第一階段加速增大后減速回落，速度曲線