层理煤岩的水渗透性及单轴循环力学特性试验研究

发布时间：2021-04-26 10:05

　　煤作为一种拥有层理结构的岩石材料,其不同层理方向上的渗透性及力学特性具有明显差异。为了进一步研究煤矿开采过程中煤岩在反复扰动作用下的力学性质、变形规律的变化以及水在煤岩中的渗透特性,并考虑煤岩的各向异性对其自身性质的影响,本文基于力学试验和渗透试验对层理煤岩进行了研究。主要工作和成果如下:（1）分别沿垂直层理和平行层理方向制作试样,并进行核磁共振试验、抗拉强度试验、劈裂试验等。试验结果表明:煤岩内孔裂隙结构以微小孔为主,平行层理试样内大孔和裂隙的连通性比垂直层理试样更高。此次试验用煤岩垂直层理方向的单轴抗压强度约为平行层理方向的1.91倍,前者的抗拉强度约为后者的3.4倍,具有明显的各向异性。（2）对两种层理方向煤岩试样开展水渗透试验,研究水在煤岩内的渗流特性。结果表明,煤岩内水渗流可用Forchheimer型非线性渗流方程描述,并拟合得到了垂直和平行层理方向的渗流参数。对比两种层理方向煤岩试样的体积流量-水力梯度曲线形态和Forchheimer公式线性项、非线性项系数发现,煤岩平行层理方向相较垂直方向更易受到惯性力作用影响而发生非线性渗流。（3）垂直和层理方向煤岩分级单轴压缩循环荷载... 

【文章来源】：郑州大学河南省 211工程院校

【文章页数】：96 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 单轴循环荷载研究现状
        1.2.2 层理岩石各向异性研究现状
        1.2.3 岩石水渗流研究现状
    1.3 本文研究内容
2 煤岩基本物理力学性质研究
    2.1 前言
    2.2 煤样密度和含水率测定
        2.2.1 密度测定
        2.2.2 天然含水率测定
    2.3 煤样孔隙分布研究
        2.3.1 试样与试验设备
        2.3.2 试验步骤
        2.3.3 试验结果分析
    2.4 单轴抗压强度测定
        2.4.1 试验步骤
        2.4.2 试验结果分析
    2.5 抗拉强度测定
        2.5.1 试样及实验设备
        2.5.2 试验步骤
        2.5.3 试验结果分析
    2.6 本章小结
3 基于Forchheimer定律的层理煤岩水渗流特性研究
    3.1 前言
    3.2 渗透试验的试样与试验设备
    3.3 试验原理
    3.4 试验结果分析
        3.4.1 Q-i关系分析
        3.4.2 Forchheimer渗流参数分析
    3.5 本章小结
4 层理煤岩分级循环荷载试验研究
    4.1 前言
    4.2 试验设备及试验方法
        4.2.1 试样及加载装置
        4.2.2 试验方案
    4.3 试验结果分析
        4.3.1 垂直层理试样力学特征
        4.3.2 平行层理试样力学特征
        4.3.3 试样破坏形态分析
        4.3.4 损伤变量分析
    4.4 本章小结
5 循环荷载下层理煤岩变形特征的各向异性研究
    5.1 前言
    5.2 试验内容
        5.2.1 试样与试验装置
        5.2.2 试验步骤
    5.3 试验结果分析
        5.3.1 垂直层理变形特征
        5.3.2 平行层理变形特征
        5.3.3 两种层理泊松比变化分析
    5.4 循环荷载对煤岩各向异性程度的影响
        5.4.1 煤岩各向异性性质变化函数
        5.4.2 煤岩各向异性参数计算
        5.4.3 煤岩循环加卸载前后各向异性程度分析
    5.5 本章小结
6 结论与展望
    6.1 主要工作和结论
    6.2 进一步工作的展望
参考文献
致谢
个人简历及在校期间发表的学术论文


【参考文献】：
期刊论文
[1]我国煤矿生产事故统计及安全生产措施[J]. 纵瑞利,吴威威,刘方远.  煤炭技术. 2020(01)
[2]循环加卸载下泥岩能量演化与损伤特性分析[J]. 徐颖,李成杰,郑强强,倪贤,王倩倩.  岩石力学与工程学报. 2019(10)
[3]循环载荷下煤样能量转化与碎块分布特征[J]. 李杨杨,张士川,文志杰,赵仁乐,曹志国,伦庆忠,白景志.  煤炭学报. 2019(05)
[4]峰后破裂岩石加、卸载围压过程渗流特性的试验[J]. 夏祖昊,张小波,姚池,陈辉辉,杨建华,姜清辉,周创兵.  煤炭学报. 2019(11)
[5]基于Forchheimer渗流的土石混合体单向固结模型研究[J]. 钟祖良,别聪颖,胡伦,涂义亮.  地下空间与工程学报. 2019(02)
[6]Forchheimer方程参数量化及达西—非达西转变临界点[J]. 刘建,杨巧艳,白雪,宋凯,骆成杰,洒永芳.  西南交通大学学报. 2020(01)
[7]不同层理方向煤岩单轴压缩声发射特征试验[J]. 宋远,李化敏,刘闯.  煤矿安全. 2018(11)
[8]基于低场核磁共振的高阶煤平行与垂直层理结构特征[J]. 刘世奇,桑树勋,杨延辉,刘书培,杜艺,王恬,方辉煌.  煤炭科学技术. 2018(10)
[9]层状岩石断裂能各向异性对水力裂缝扩展路径影响研究[J]. 潘睿,张广清.  岩石力学与工程学报. 2018(10)
[10]粗糙岩石裂隙低速非线性渗流模型及试验验证[J]. 熊峰,孙昊,姜清辉,叶祖洋,薛道锐,刘乳燕.  岩土力学. 2018(09)

博士论文
[1]煤岩体水力致裂弱化的理论与应用研究[D]. 黄炳香.中国矿业大学 2009



本文编号：3161225