剪切作用下破碎岩体变形与渗透特征研究

发布时间：2020-07-11 15:53

【摘要】：矿井突水灾害严重威胁了我国煤矿的安全生产,断层活化突水是矿井突水事故的主要形式之一。断层破碎岩体在采动影响下发生剪切变形并与采动裂隙导通,从而诱发断层突水事故。本文运用理论分析、实验测试、数值模拟等手段,系统地研究了断层中破碎岩体在剪切变形中渗透性参量的变化规律及内在机理,分析了断层中渗流场演化规律以及充填物剪切破坏引起断层活化突水的机理,取得了如下主要成果:(1)研制了一套统由剪切加载系统、渗透回路、围压回路和测量系统构成的破碎岩石剪切-渗流耦合试验台,并提出了相应的试验方法。(2)通过破碎岩石的剪切-渗流耦合试验,得到了围压、颗粒级配(Talbot指数)和初始孔隙率对破碎岩石剪切变形和渗透性参量的影响规律。(3)建立了煤层底板充填断层的力学模型,分析了断层突水通道的形成条件,并分析了断层突水的影响因素。(4)根据试验和数值模拟结果提出破碎岩体的应力-渗透率关系,并利用FLAC~(3D)构建了不同水文地质条件下含断层开采的数值模型,分析了采动过程中断层应力场及渗流场演化特征,得到了工作面推进过程中断层围岩应力场、位移场、塑性区、渗流场的影响,并分析了断层充填破碎岩体的颗粒级配和初始孔隙度对渗流场的演化规律,提出了关于断层活化突水的前兆规律与预防措施。
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TD745.2
【图文】：

示意图,充填物,断层,演化过程

Crushed Rock under Shear Action破碎岩石在压剪条件下的变形和渗流特征是本文研究的基础。本章将根据对工程中破碎岩体的分析在实验室内制作相似材料，同时研制可进行剪切条件下破碎岩石渗流的实验装置，研究破碎岩石属性对渗透性和剪切变形的影响。2.1 工程破碎岩体特征（Characteristics of Engineering CrusheRock）工程中破碎岩体多富集在地质结构体中，例如断层。断层容易在外部扰动下发生活化，断层活化的主要诱因是应力场的改变和充填物物理力学性质的改变其中充填物的物理力学性质是断层是否活化的重要内因，同时充填物的孔隙率也直接影响其渗透能力，影响断层的活化。因此，了解断层充填物的形成机制和特征是研究破碎岩体形成的基础和重点。断层形成后基岩破碎，破碎后的岩石颗粒会随着断层形成的过程发生挤压破碎和重排列，如图所示为断层形成过程中不同阶段的充填物颗粒示意图。

曲线,破碎岩石,颗粒,混合破碎

2.0-4.0mm 4.0-6.0mm图 2-3 破碎岩石颗粒Figure 2-3 Broken rock particles混合破碎岩石，利用得到的 5 组单一粒径颗粒按照一定的试样。衡量颗粒配比最常用的方法是 Talbot 级配法，即混占的比重符合以下关系：100 100niidpD % Talbot 幂指数，ip 为颗粒粒径小于id 的颗粒所占的比重，大颗粒的粒径。根据式(2-1)得到的混合破碎岩石根据 Talb序编号，每一个Talbot幂指数配制3组试样，实验结果取平 0.1，0.3，0.5，0.7 和 0.9 的累计颗粒质量曲线如图 2-4 所

分布曲线,比重,级配,粒径

2.0-4.0mm 4.0-6.0mm图 2-3 破碎岩石颗粒Figure 2-3 Broken rock particles合破碎岩石，利用得到的 5 组单一粒径颗粒按照一定的比样。衡量颗粒配比最常用的方法是 Talbot 级配法，即混合的比重符合以下关系：100 100niidpD % lbot 幂指数，ip 为颗粒粒径小于id 的颗粒所占的比重，颗粒的粒径。根据式(2-1)得到的混合破碎岩石根据 Talbo编号，每一个Talbot幂指数配制3组试样，实验结果取平均1，0.3，0.5，0.7 和 0.9 的累计颗粒质量曲线如图 2-4 所

【参考文献】