煤层隔水覆岩裂隙自愈演化和渗流容限机制
发布时间：2020-12-26 09:07
西北地区生态脆弱,植被生长依赖于浅表水的保持,煤炭开采将造成地表生态的恶化。浅表水保持的两个关键地质结构分别是:土壤与岩体阻隔层。植被生长在土壤中,且土壤是浅表水主要的存储与流动空间。在煤炭开采过程中局部上覆泥岩的含水率增加至饱和,使得弱胶结泥岩层内的裂隙逐渐闭合,岩体阻隔层仍然具有阻隔水的作用。本文综合运用实验测试、理论分析和数值模拟等方法,从满足植被生长所需浅表水的角度出发,确定了伊犁地区浅表水漏失容限,得到了上覆泥岩浸水后的力学变化特性,分析了泥岩裂隙的闭合机理和影响因素,建立了裂隙泥岩渗流—应力耦合模型,解析了泥岩层采动裂隙自愈演化对植被生长的影响。取得了如下研究成果:(1)考虑裂隙张闭的渗流实验系统具有测量范围广、时间长、稳定性好、不易堵塞、容许含固体颗粒流体进行实验的特点,满足实验需要。红砂岩裂隙渗透性在长时恒定围压下基本不变。含水率越高,泥岩试样的单轴抗压强度和弹性模量越小,粘弹性越明显。泥岩含水率与裂隙法向应力越大,含裂隙泥岩试样渗透系数衰减越明显。含裂隙泥岩试样的渗透系数随时间呈指数减小,减小幅度达到两个数量级以上。应力是裂隙自闭合的必要条件。当裂隙法向应力大于2.0...
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：145 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
MTS815.02电液伺服岩石力学实验系统
0.2022.15×1070.1336.370.3572.52×1030.9972.3考虑裂隙张闭的渗流实验系统（SeepageExperimentalSystemConsideringFractureClosure）通过上节泥岩的蠕变实验得到，泥岩遇水后便会具有较强的粘弹性。含裂隙泥岩受到周围应力以及浸水后软化的影响，裂隙开度会逐渐闭合，减少含裂隙泥岩的渗透能力。文章通过实验的手段观察测量泥岩裂隙在渗流过程中的闭合过程。现有设备对完成该实验都存在一些不足，文章针对实验需要，开发出考虑裂隙张闭的裂隙渗流实验系统。该实验系统既可以做水渗透，也可以做气体渗透，其示意图如图2-8所示。图2-8裂隙渗流实验系统示意图Figure2-8Diagramoffractureseepageexperimentalsystem裂隙渗流实验系统包括：岩样夹持器与围压加载系统；气体加载控制系统；液体加载控制循环系统；数据采集记录系统。岩样夹持器与围压加载系统包括岩样夹持器与手摇泵；待测岩样放置于所述岩芯夹持器中，通过手摇泵（0.1~10.0MPa）控制岩样围压并起到密封作用。装配后的实验系统如图2-9所示。气体加载控制系统包括空气压缩机、减压阀、截止阀、储能器、气体质量流量计以及压力变送器。该实验装置采用空气压缩机提供气源（0.72MPa），上游压力由减压阀控制；储能器可以有效减少气泵间断工作造成的压力脉冲。气体质
2浸水泥岩的基本力学特性23量流量计采集气体流量，在岩样夹持器上下游的压力变送器采集试样两端的气体压力。图2-9裂隙渗流实验系统(a)实验系统整装图；(b)岩样夹持器与手摇泵；(c)无纸记录仪与上位机；(d)空气压缩机、隔膜泵、储能器、电磁阀与继电器；(e)上下游压力变送器、气体质量流量计、截止阀、回止阀、气体减压阀；(f)重力传感器。Figure2-9FractureSeepageExperimentalSystem(a)fullassemblydiagramoftheexperimentalsystem;(b)rocksampleholderandhandpump;(c)paperlessrecorderanduppercomputer;(d)aircompressor,diaphragmpump,accumulator,solenoidvalveandrelay;(e)upstreamanddownstreampressuretransmitter,gasmassflowmeter,globevalve,checkvalve,gasreliefvalve;(f)gravitysensor.液体加载控制循环系统包括过滤器、隔膜泵、溢流阀、截止阀、储能器、电磁阀、继电器、重力传感器以及压力变送器。装置采用隔膜泵提供水源（0~0.50MPa，0~11.3L/min），上游压力由溢流阀与节流阀共同控制；储能器可以有效减少隔膜泵造成的压力脉冲；过滤器能过滤掉水中的固体颗粒。由于目前单一流量
【参考文献】：
期刊论文
[1]伊犁河谷蒸散量时空分布特征及变化趋势[J]. 阿迪来·乌甫,玉素甫江·如素力,热伊莱·卡得尔,姜红. 地球信息科学学报. 2018(02)
[2]van Genuchten模型参数的物理意义[J]. 陈卫金,程东会,陶伟. 水文地质工程地质. 2017(06)
[3]G1高速公路绿色廊道植物系数对比研究[J]. 梁琪. 福建林业科技. 2017(03)
[4]荒漠垫状灌木小蓬的根系分布格局分析[J]. 李明亮,余保峰,方海晶. 南方农业. 2017(15)
[5]G1京哈高速公路绿色廊道植物需水量研究[J]. 刘维权. 辽宁林业科技. 2017(02)
[6]我国西北煤炭开采中的水资源保护基础理论研究进展[J]. 张东升,李文平,来兴平,范钢伟,刘卫群. 煤炭学报. 2017(01)
[7]青海共和盆地典型固沙植物根系分布特征[J]. 石坤,贾志清,张洪江,张友焱,李清雪,冯莉莉,何凌仙子. 中国水土保持科学. 2016(06)
[8]岩体交叉裂隙水流分配特性研究[J]. 桑盛,刘卫群,宋良,章统,沈汉栋. 实验力学. 2016(05)
[9]基于生态水文学理论的西北旱区水资源管理初探[J]. 王强. 价值工程. 2016(18)
[10]泥岩非线性蠕变损伤-渗透愈合耦合模型及其应用[J]. 贾善坡,于洪丹,伍国军,高敏,龚俊,张力伟. 应用基础与工程科学学报. 2016(02)
博士论文
[1]泥质弱胶结岩体的重组与力学特性演化研究[D]. 赵维生.中国矿业大学 2016
[2]岩石单裂隙渗流粗糙起伏角修正公式研究[D]. 何冠鸿.清华大学 2014
[3]泥岩渗流—应力—损伤耦合及渗透性自愈合研究[D]. 李金兰.武汉大学 2014
[4]高粱抗旱机制及评价指标的研究[D]. 王艺陶.沈阳农业大学 2013
[5]非饱和土水力全耦合模型与数值模拟方法研究[D]. 胡冉.武汉大学 2013
[6]沙漠湖盆区地下水生态系统及植被生态演替机制研究[D]. 宋国慧.长安大学 2012
[7]富水厚卵砾石层斜井井筒围岩稳定性研究[D]. 孙中辉.中国矿业大学（北京） 2010
[8]采动覆岩破坏特征及其应用研究[D]. 尹增德.山东科技大学 2007
[9]格子Boltzmann方法及其在流体动力学上的一些应用[D]. 段雅丽.中国科学技术大学 2007
[10]板岩水理特性试验研究与理论分析[D]. 冒海军.中国科学院研究生院（武汉岩土力学研究所） 2006
硕士论文
[1]采动覆岩隔水稳定实验模拟方法研究[D]. 刘青宏.中国矿业大学 2019
[2]峰峰矿区采动断层滑移数值模拟研究[D]. 孔宪森.中国矿业大学 2017
[3]蓄水坑灌条件下苹果树根系生长和根际土壤酶活性的研究[D]. 张学琴.太原理工大学 2016
[4]考虑水与温度作用的深部软岩蠕变力学特性研究[D]. 王俊.中国矿业大学 2016
[5]非饱和土土水特性曲线与渗透系数试验研究[D]. 宁英成.大连理工大学 2014
[6]黄土路基的水分入渗规律和湿陷变形研究[D]. 颜斌.长安大学 2007
本文编号：2939416
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：145 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
MTS815.02电液伺服岩石力学实验系统
0.2022.15×1070.1336.370.3572.52×1030.9972.3考虑裂隙张闭的渗流实验系统（SeepageExperimentalSystemConsideringFractureClosure）通过上节泥岩的蠕变实验得到，泥岩遇水后便会具有较强的粘弹性。含裂隙泥岩受到周围应力以及浸水后软化的影响，裂隙开度会逐渐闭合，减少含裂隙泥岩的渗透能力。文章通过实验的手段观察测量泥岩裂隙在渗流过程中的闭合过程。现有设备对完成该实验都存在一些不足，文章针对实验需要，开发出考虑裂隙张闭的裂隙渗流实验系统。该实验系统既可以做水渗透，也可以做气体渗透，其示意图如图2-8所示。图2-8裂隙渗流实验系统示意图Figure2-8Diagramoffractureseepageexperimentalsystem裂隙渗流实验系统包括：岩样夹持器与围压加载系统；气体加载控制系统；液体加载控制循环系统；数据采集记录系统。岩样夹持器与围压加载系统包括岩样夹持器与手摇泵；待测岩样放置于所述岩芯夹持器中，通过手摇泵（0.1~10.0MPa）控制岩样围压并起到密封作用。装配后的实验系统如图2-9所示。气体加载控制系统包括空气压缩机、减压阀、截止阀、储能器、气体质量流量计以及压力变送器。该实验装置采用空气压缩机提供气源（0.72MPa），上游压力由减压阀控制；储能器可以有效减少气泵间断工作造成的压力脉冲。气体质
2浸水泥岩的基本力学特性23量流量计采集气体流量，在岩样夹持器上下游的压力变送器采集试样两端的气体压力。图2-9裂隙渗流实验系统(a)实验系统整装图；(b)岩样夹持器与手摇泵；(c)无纸记录仪与上位机；(d)空气压缩机、隔膜泵、储能器、电磁阀与继电器；(e)上下游压力变送器、气体质量流量计、截止阀、回止阀、气体减压阀；(f)重力传感器。Figure2-9FractureSeepageExperimentalSystem(a)fullassemblydiagramoftheexperimentalsystem;(b)rocksampleholderandhandpump;(c)paperlessrecorderanduppercomputer;(d)aircompressor,diaphragmpump,accumulator,solenoidvalveandrelay;(e)upstreamanddownstreampressuretransmitter,gasmassflowmeter,globevalve,checkvalve,gasreliefvalve;(f)gravitysensor.液体加载控制循环系统包括过滤器、隔膜泵、溢流阀、截止阀、储能器、电磁阀、继电器、重力传感器以及压力变送器。装置采用隔膜泵提供水源（0~0.50MPa，0~11.3L/min），上游压力由溢流阀与节流阀共同控制；储能器可以有效减少隔膜泵造成的压力脉冲；过滤器能过滤掉水中的固体颗粒。由于目前单一流量
【参考文献】：
期刊论文
[1]伊犁河谷蒸散量时空分布特征及变化趋势[J]. 阿迪来·乌甫,玉素甫江·如素力,热伊莱·卡得尔,姜红. 地球信息科学学报. 2018(02)
[2]van Genuchten模型参数的物理意义[J]. 陈卫金,程东会,陶伟. 水文地质工程地质. 2017(06)
[3]G1高速公路绿色廊道植物系数对比研究[J]. 梁琪. 福建林业科技. 2017(03)
[4]荒漠垫状灌木小蓬的根系分布格局分析[J]. 李明亮,余保峰,方海晶. 南方农业. 2017(15)
[5]G1京哈高速公路绿色廊道植物需水量研究[J]. 刘维权. 辽宁林业科技. 2017(02)
[6]我国西北煤炭开采中的水资源保护基础理论研究进展[J]. 张东升,李文平,来兴平,范钢伟,刘卫群. 煤炭学报. 2017(01)
[7]青海共和盆地典型固沙植物根系分布特征[J]. 石坤,贾志清,张洪江,张友焱,李清雪,冯莉莉,何凌仙子. 中国水土保持科学. 2016(06)
[8]岩体交叉裂隙水流分配特性研究[J]. 桑盛,刘卫群,宋良,章统,沈汉栋. 实验力学. 2016(05)
[9]基于生态水文学理论的西北旱区水资源管理初探[J]. 王强. 价值工程. 2016(18)
[10]泥岩非线性蠕变损伤-渗透愈合耦合模型及其应用[J]. 贾善坡,于洪丹,伍国军,高敏,龚俊,张力伟. 应用基础与工程科学学报. 2016(02)
博士论文
[1]泥质弱胶结岩体的重组与力学特性演化研究[D]. 赵维生.中国矿业大学 2016
[2]岩石单裂隙渗流粗糙起伏角修正公式研究[D]. 何冠鸿.清华大学 2014
[3]泥岩渗流—应力—损伤耦合及渗透性自愈合研究[D]. 李金兰.武汉大学 2014
[4]高粱抗旱机制及评价指标的研究[D]. 王艺陶.沈阳农业大学 2013
[5]非饱和土水力全耦合模型与数值模拟方法研究[D]. 胡冉.武汉大学 2013
[6]沙漠湖盆区地下水生态系统及植被生态演替机制研究[D]. 宋国慧.长安大学 2012
[7]富水厚卵砾石层斜井井筒围岩稳定性研究[D]. 孙中辉.中国矿业大学（北京） 2010
[8]采动覆岩破坏特征及其应用研究[D]. 尹增德.山东科技大学 2007
[9]格子Boltzmann方法及其在流体动力学上的一些应用[D]. 段雅丽.中国科学技术大学 2007
[10]板岩水理特性试验研究与理论分析[D]. 冒海军.中国科学院研究生院（武汉岩土力学研究所） 2006
硕士论文
[1]采动覆岩隔水稳定实验模拟方法研究[D]. 刘青宏.中国矿业大学 2019
[2]峰峰矿区采动断层滑移数值模拟研究[D]. 孔宪森.中国矿业大学 2017
[3]蓄水坑灌条件下苹果树根系生长和根际土壤酶活性的研究[D]. 张学琴.太原理工大学 2016
[4]考虑水与温度作用的深部软岩蠕变力学特性研究[D]. 王俊.中国矿业大学 2016
[5]非饱和土土水特性曲线与渗透系数试验研究[D]. 宁英成.大连理工大学 2014
[6]黄土路基的水分入渗规律和湿陷变形研究[D]. 颜斌.长安大学 2007
本文编号：2939416
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