應(yīng)力作用下破碎巖體變形與水沙滲流特性試驗(yàn)研究.pdf

1、采動巖體水沙滲流特性研究是關(guān)系煤礦安全的一項(xiàng)重要課題。巖體由于采動引起結(jié)構(gòu)破壞，產(chǎn)生的破碎巖體往往處于圍壓之下。本文自行研制了一套加載設(shè)備相配套的滲透試驗(yàn)設(shè)備對應(yīng)力作用下破碎巖體變形與水沙滲流特性進(jìn)行研究。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴為了研究應(yīng)力作用下破碎巖體變形與水沙滲流特性，自行研制了一套與加載設(shè)備相匹配的滲流試驗(yàn)設(shè)備。使破碎巖體能夠在應(yīng)力下發(fā)生流變，研究流變后的破碎巖體的水沙滲流特性。該滲流設(shè)備能模擬圍壓下破碎巖體的流變變形

2、；破碎巖體與沙粒分層，沙粒受水流攪動后形成水沙混合物流入破碎巖體的情況?？蔀橥愒囼?yàn)以及相關(guān)后續(xù)的擴(kuò)展研究提供參考方法。⑵利用自行研制的應(yīng)力作用下破碎巖體水沙滲流試驗(yàn)系統(tǒng)，研究了不同應(yīng)力水平、不同粒徑級配對破碎巖體流變特性與水沙滲流特性的影響。破碎巖體壓實(shí)流變過程中，流變模型的彈模、粘度等參數(shù)是不停的隨時(shí)間變化的。根據(jù)破碎巖體流變試驗(yàn)結(jié)果，基于分?jǐn)?shù)階微積分理論與三參量流變模型，引入分?jǐn)?shù)階Abel粘壺替代牛頓粘壺，獲得了一個(gè)新的分?jǐn)?shù)階流變

3、模型，并推導(dǎo)了巖石在恒應(yīng)力條件下的三維蠕變本構(gòu)方程；分析了破碎巖體流變對水沙滲流特性的影響。⑶破碎巖體水沙滲流過程中，一部分沙粒流入破碎巖體后被截留，占據(jù)了部分空隙，改變了破碎巖體的孔隙率。擬合了不同粒徑級配的破碎巖體在兩種滲流組合的情況下，初始孔隙率與滲透率的關(guān)系式；擬合了不同粒徑級配的破碎巖體的潰沙、濾沙能力與破碎巖體初始孔隙率的關(guān)系曲線。對破碎巖體進(jìn)行應(yīng)力加載（流變變形）與位移加載兩種方式使破碎巖體發(fā)生壓縮變形以研究不同的加載方式

4、對破碎巖體水沙滲流特性的影響。⑷當(dāng)破碎巖體中發(fā)生水沙滲流情況時(shí)，在一定情況下，沙粒不能夠完全通過破碎巖體，破碎巖體對沙粒的過濾作用進(jìn)而導(dǎo)致破碎巖體骨架屬性變化，破碎巖體的對沙粒的過濾能力是對其滲流特性影響的一項(xiàng)重要因素。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果提出了考慮滲流長度的破碎巖體篩層模型，并對破碎巖體等效厚度與破碎巖體初始孔隙率的關(guān)系進(jìn)行了研究，給出了建議的計(jì)算公式，基于顆粒離散元軟件（PFC）進(jìn)行了破碎巖體水沙滲流數(shù)值模擬。可為破碎巖體水沙滲流災(zāi)害的預(yù)測