水渗流引起的岩土体电阻率变化规律与动态监测技术

发布时间：2017-09-01 18:28

  本文关键词：水渗流引起的岩土体电阻率变化规律与动态监测技术

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【摘要】：岩土体中液体渗流引起多种地质环境灾害,例如,岩体中水渗流引发的矿井突水,土体中污染液渗流引起的土污染。研究直流电阻率法监测液体在岩土体中渗流规律,对矿井突水的防治和污染液污染的预测治理都有重要的意义。本文应用公式推导、分析比较、数值模拟和物理模拟等方法对液体(文中以水为例)在岩土体中的渗流、影响视电阻率的因素等进行研究。其主要内容和成果如下:(1)根据总结得到的水在岩土体渗流特征,建立岩土体水渗流的数值模型,对模型进行数值模拟。同时,在均匀的砂和以淮北某矿和新驿某矿为基础建立的煤岩体模型上进行渗水实验。数值和物理模拟结果表明,直流电阻率法能够监测水的渗流过程,能够确定各时刻水渗流的区域。(2)阿尔奇公式是直流电阻率法监测岩土体渗流的物理基础。将体积含水率这个参数引入阿尔奇公式,得到含有含水率的阿尔奇公式。基于含有含水率的阿尔奇公式,建立了反映含水率变化的视电阻率比值计算公式。利用该公式可进行数据处理,处理方法一:为将各时刻电阻率与背景作比,应用该方法处理可以去除部分干扰,更清楚的描述渗流过程,确定各时刻水渗流的范围,水渗流到达的位置;处理方法二:为将各时刻电阻率与其前一时刻的电阻率作比,应用该方法处理后可以判断各时刻内吸水的区域,定性的判断各时刻吸水的大小。(3)建立不同体积低阻体、不同深度低阻体、不同电阻率地质体模型,进行数值模拟,模拟结果表明:视电阻率值与低阻目标体的体积的大小、埋置深度和电阻率数值相关,其他因素相同的条件下,目标地质体的体积越大,视电阻率数值越小;体积越小,视电阻率数值越大;目标地质体的电阻率数值越小,视电阻率数值越小,电阻率数值越大,视电阻率数值越大;低阻目标地质体的埋深越大,视电阻率数值越大,埋深越小,视电阻率数值越小。水渗流过程中探测区域内低阻体的体积、埋深和电阻率都在发生变化,因此,视电阻率与渗流的过程相关。同时,在水砂和煤岩体中渗流时做了直流电阻率法监测实验。实验结果表明:渗水点下方视电阻率与渗流时间相关,渗水早期,视电阻率随渗流时间急速下降,中后期视电阻率随渗流时间区域平缓,最终在某个值附近。渗流早期视电阻率与渗流时间二次相关。急速下降可作为渗流早期的标志,该标志对煤矿的突水的防治和污染的监控均有意义。(4)通过对二维体和三维体二维剖面进行数值模拟,模拟结果表明:二维体的二维剖面能够反映三维体二维剖面的情况。提出比值系数校正二维体二维剖面校正法,二维校正后,二维体的二维剖面与三维体的二维剖面数值上更接近,低阻曲线更接近。基于二维体与三维体的二维剖面关系,提出了二维体水渗流近似三维体渗流的相似实验,该实验可实时验证视电阻率的监测过程。
【关键词】：岩土体渗流 直流电阻率法 动态监测 视电阻率影响因素 含水率阿尔奇公式 物理模拟
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：P631.322
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-7
• Abstract7-9
• Extended Abstract9-22
• 变量注释表22-23
• 1 绪论23-34
• 1.1 背景及意义23-25
• 1.2 国内外研究现状25-31
• 1.3 研究内容与技术路线31-34
• 2 直流电阻率法监测岩土体中水渗流基本原理34-45
• 2.1 岩土体中水的渗流34-37
• 2.2 岩石电阻率的物理基础37-39
• 2.3 三维体与二维体的电场关系39-44
• 2.4 本章小结44-45
• 3 直流电阻率法监测水在岩土体中渗流数值模拟45-65
• 3.1 影响视电阻率的因素45-52
• 3.2 三维模拟与二维模拟之间的近似关系52-57
• 3.3 均匀土体中水渗流模拟57-61
• 3.4 裂隙中水渗流模拟61-63
• 3.5 本章小结63-65
• 4 直流电阻率法监测水在岩土体中的渗流实验研究65-135
• 4.1 动态监测原理及参数选择65-70
• 4.2 均匀介质中渗流动态监测实验70-107
• 4.3 煤炭采后隔水层下渗流动态监测实验107-124
• 4.4 煤炭采后渗流动态监测实验124-133
• 4.5 本章小结133-135
• 5 直流电阻率法动态监测在某矿的水渗流实例135-141
• 5.1 安徽某矿顶板直流电阻率法动态监测135-140
• 5.2 本章小结140-141
• 6 结论与展望141-143
• 6.1 结论141-142
• 6.2 展望142-143
• 参考文献143-151
• 作者简历151-153
• 学位论文数据集153

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本文编号：773746