深部破裂围岩锚注浆液渗流扩散机理研究
发布时间：2021-06-11 01:38
锚注支护技术是维护深部破裂围岩稳定的一种有效方式,研究锚注浆液渗流扩散机理对于完善锚注支护理论和提高深部巷道锚注支护效果具有重要的理论意义与工程应用价值。本文以深部锚注支护巷道工程地质条件为背景,综合运用实验室试验、理论分析、数值模拟和现场监测相结合的方法,对锚注浆液在破裂围岩内的渗透性演化和渗流扩散机理进行了深入、系统地研究,取得了如下创新性研究成果:（1）基于峰后破裂岩石渗透性测试原理,自行设计了一套与MTS816岩石电液伺服试验系统相配套的岩石三轴浆液渗透仪及注浆压力泵站,开发了破裂岩石三轴浆液渗透性试验系统,能够对岩石峰后不同破裂状态和围压状态下的浆液渗透特性进行准确的测量,为深入揭示浆液在破裂岩石中的渗流扩散机理提供了一种有效的测试手段。（2）利用自行研制的破裂岩石三轴浆液渗透性试验系统,系统开展了不同岩石峰后破裂状态、围压和注浆压力条件下浆液渗透性试验,获得了不同条件下浆液在破裂岩石内的孔隙压力、渗流量和渗透系数的变化规律,并结合破裂岩石CT扫描试验结果和破裂岩石三线型应变软化模型,揭示了岩石峰后破裂状态、围压和注浆压力三者耦合作用对浆液渗透性演化的影响规律。（3）基于破裂...
【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】：190 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
深部巷道围岩变形破坏特征
究了非对称受压巷道围岩内的塑性破裂区分布范围以及破裂巷道隙锚注浆液流动扩散模型，推导了锚注浆液渗流扩散的理论半径后破裂巷道围岩的拟连续介质假设和锚注浆液质量守恒定律，推和固体压缩下的锚注浆液渗流扩散运动连续性微分方程，并结合Darcy 定律和定解条件构建了锚注浆液在峰后破裂巷道围岩内渗流型。将该模型引入破裂围岩内锚注浆液渗流扩散过程模拟，系统裂状态、围岩应力、注浆压力和注浆时间等对锚注浆液渗透扩散律，以及提出了一种确定深部破裂巷道围岩最佳锚注支护时机的方5) 深部复杂地质构造区破裂巷道围岩锚注支护工程实践于深部复杂地质构造区巷道围岩破裂特征以及提出的确定最佳锚方法，结合对巷道围岩表面变形的现场监测，确定了深部地质构围岩的最佳锚注支护时机，并研究了注浆钻孔布置形式对深-浅耦浆液渗流扩散规律的影响，获得了最优的锚注支护参数。 研究技术路线
自行开发设计的峰后破裂岩石浆液渗透试验系统主要包括以下 5 个组成部分：(I)轴向加载系统-MTS816.02 电液伺服岩石力学试验系统(MTS816.02Electro-hydraulic Servo-controlled Rock Mechanics Testing System)；(II)环向加载系统-包含高压油泵、溢流阀、单向阀和数显压力表等；(III)三轴渗透仪系统-包含空心承压头、透浆板和油缸等；(IV)注浆压力系统-包括手动注浆泵、隔膜型压力表、隔膜型流量计以及球形阀门等；(V)数据采集系统。其详细的试验系统示意图及实物图分别由下图 2-1和图 2-2 给出。在这 5 个子试验系统中，其轴向加载是由 MTS816.02 电液伺服岩石试验系统完成，其实物及简单工作原理如图 2-3 所示。该试验系统的伺服阀反应灵敏、试验精度高、数据采集和存储方便，而且试验系统具有强大的程序编辑功能，可以通过编写相应的试验加载程序来实现复杂的加载方式，并且整个试验过程都由计算机控制，简化了操作方式，保证了试验的精度。而峰后破裂岩石浆液渗透试验系统中，除轴向加载系统外的其它 4 个子试验系统中的部分试验构件是整个试验系统研发的关键所在，因此将在下一节对其进行详细介绍。
【参考文献】：
期刊论文
[1]巷道围岩全断面锚注浆液渗透扩散规律研究[J]. 黄耀光,王连国,陆银龙. 采矿与安全工程学报. 2015(02)
[2]水泥稳定浆液配比及适用条件研究[J]. 单仁亮,杨昊,张雷,郭志明,刘校东. 煤炭工程. 2014(12)
[3]基于厚壁筒三维解析模型的深部洞室围岩分区破裂化机制研究[J]. 鲁建荣. 岩土力学. 2014(09)
[4]深部岩巷分区破裂围岩稳定性控制方法及应用[J]. 王汉鹏,李术才,薛俊华,李建明,张庆贺,马芹永. 岩土力学. 2014(07)
[5]深埋大断层构造区三维地应力场反演分析[J]. 黄耀光,王连国,李正立. 煤矿开采. 2014(03)
[6]采动影响下大跨度煤巷耦合支护技术研究与应用[J]. 张向东,李庆文,黄开勇,李桂秀,张旭. 岩石力学与工程学报. 2014(01)
[7]红砂岩三轴压缩变形与强度特征的试验研究[J]. 苏承东,付义胜. 岩石力学与工程学报. 2014(S1)
[8]回采巷道锚注加固浆液渗流规律研究[J]. 张华磊,涂敏. 安徽理工大学学报(自然科学版). 2013(04)
[9]破裂岩体承压注浆加固力学特性试验研究[J]. 宗义江,韩立军,韩贵雷. 采矿与安全工程学报. 2013(04)
[10]冲积层中劈裂注浆现场模型试验[J]. 程盼,邹金锋,李亮,罗伟,赵炼恒,赵娟. 地球科学(中国地质大学学报). 2013(03)
博士论文
[1]变质量破碎泥岩渗透性的加速试验研究[D]. 王路珍.中国矿业大学 2014
[2]水沙混合物非Darcy裂隙渗流的试验研究[D]. 刘玉.中国矿业大学 2014
[3]渗流—应力耦合作用下岩石损伤破裂演化模型与煤层底板突水机理研究[D]. 陆银龙.中国矿业大学 2013
[4]破碎岩体水沙两相渗透特性试验研究[D]. 杜锋.中国矿业大学 2013
[5]高水压隧道应力场—位移场—渗流场耦合理论及注浆防水研究[D]. 任文峰.中南大学 2013
[6]破碎岩体变质量流固耦合动力学理论及应用研究[D]. 姚邦华.中国矿业大学 2012
[7]破断岩体裂隙的流体流动特性研究[D]. 朱红光.中国矿业大学(北京) 2012
[8]多孔介质动水化学注浆机理研究[D]. 王档良.中国矿业大学 2011
[9]孔隙地层中粘性时变注浆浆液流动特性研究[D]. 程鹏达.上海大学 2012
[10]裂隙岩体中隧道注浆加固理论研究及工程应用[D]. 黄戡.中南大学 2011
本文编号：3223538
【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】：190 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
深部巷道围岩变形破坏特征
究了非对称受压巷道围岩内的塑性破裂区分布范围以及破裂巷道隙锚注浆液流动扩散模型，推导了锚注浆液渗流扩散的理论半径后破裂巷道围岩的拟连续介质假设和锚注浆液质量守恒定律，推和固体压缩下的锚注浆液渗流扩散运动连续性微分方程，并结合Darcy 定律和定解条件构建了锚注浆液在峰后破裂巷道围岩内渗流型。将该模型引入破裂围岩内锚注浆液渗流扩散过程模拟，系统裂状态、围岩应力、注浆压力和注浆时间等对锚注浆液渗透扩散律，以及提出了一种确定深部破裂巷道围岩最佳锚注支护时机的方5) 深部复杂地质构造区破裂巷道围岩锚注支护工程实践于深部复杂地质构造区巷道围岩破裂特征以及提出的确定最佳锚方法，结合对巷道围岩表面变形的现场监测，确定了深部地质构围岩的最佳锚注支护时机，并研究了注浆钻孔布置形式对深-浅耦浆液渗流扩散规律的影响，获得了最优的锚注支护参数。 研究技术路线
自行开发设计的峰后破裂岩石浆液渗透试验系统主要包括以下 5 个组成部分：(I)轴向加载系统-MTS816.02 电液伺服岩石力学试验系统(MTS816.02Electro-hydraulic Servo-controlled Rock Mechanics Testing System)；(II)环向加载系统-包含高压油泵、溢流阀、单向阀和数显压力表等；(III)三轴渗透仪系统-包含空心承压头、透浆板和油缸等；(IV)注浆压力系统-包括手动注浆泵、隔膜型压力表、隔膜型流量计以及球形阀门等；(V)数据采集系统。其详细的试验系统示意图及实物图分别由下图 2-1和图 2-2 给出。在这 5 个子试验系统中，其轴向加载是由 MTS816.02 电液伺服岩石试验系统完成，其实物及简单工作原理如图 2-3 所示。该试验系统的伺服阀反应灵敏、试验精度高、数据采集和存储方便，而且试验系统具有强大的程序编辑功能，可以通过编写相应的试验加载程序来实现复杂的加载方式，并且整个试验过程都由计算机控制，简化了操作方式，保证了试验的精度。而峰后破裂岩石浆液渗透试验系统中，除轴向加载系统外的其它 4 个子试验系统中的部分试验构件是整个试验系统研发的关键所在，因此将在下一节对其进行详细介绍。
【参考文献】：
期刊论文
[1]巷道围岩全断面锚注浆液渗透扩散规律研究[J]. 黄耀光,王连国,陆银龙. 采矿与安全工程学报. 2015(02)
[2]水泥稳定浆液配比及适用条件研究[J]. 单仁亮,杨昊,张雷,郭志明,刘校东. 煤炭工程. 2014(12)
[3]基于厚壁筒三维解析模型的深部洞室围岩分区破裂化机制研究[J]. 鲁建荣. 岩土力学. 2014(09)
[4]深部岩巷分区破裂围岩稳定性控制方法及应用[J]. 王汉鹏,李术才,薛俊华,李建明,张庆贺,马芹永. 岩土力学. 2014(07)
[5]深埋大断层构造区三维地应力场反演分析[J]. 黄耀光,王连国,李正立. 煤矿开采. 2014(03)
[6]采动影响下大跨度煤巷耦合支护技术研究与应用[J]. 张向东,李庆文,黄开勇,李桂秀,张旭. 岩石力学与工程学报. 2014(01)
[7]红砂岩三轴压缩变形与强度特征的试验研究[J]. 苏承东,付义胜. 岩石力学与工程学报. 2014(S1)
[8]回采巷道锚注加固浆液渗流规律研究[J]. 张华磊,涂敏. 安徽理工大学学报(自然科学版). 2013(04)
[9]破裂岩体承压注浆加固力学特性试验研究[J]. 宗义江,韩立军,韩贵雷. 采矿与安全工程学报. 2013(04)
[10]冲积层中劈裂注浆现场模型试验[J]. 程盼,邹金锋,李亮,罗伟,赵炼恒,赵娟. 地球科学(中国地质大学学报). 2013(03)
博士论文
[1]变质量破碎泥岩渗透性的加速试验研究[D]. 王路珍.中国矿业大学 2014
[2]水沙混合物非Darcy裂隙渗流的试验研究[D]. 刘玉.中国矿业大学 2014
[3]渗流—应力耦合作用下岩石损伤破裂演化模型与煤层底板突水机理研究[D]. 陆银龙.中国矿业大学 2013
[4]破碎岩体水沙两相渗透特性试验研究[D]. 杜锋.中国矿业大学 2013
[5]高水压隧道应力场—位移场—渗流场耦合理论及注浆防水研究[D]. 任文峰.中南大学 2013
[6]破碎岩体变质量流固耦合动力学理论及应用研究[D]. 姚邦华.中国矿业大学 2012
[7]破断岩体裂隙的流体流动特性研究[D]. 朱红光.中国矿业大学(北京) 2012
[8]多孔介质动水化学注浆机理研究[D]. 王档良.中国矿业大学 2011
[9]孔隙地层中粘性时变注浆浆液流动特性研究[D]. 程鹏达.上海大学 2012
[10]裂隙岩体中隧道注浆加固理论研究及工程应用[D]. 黄戡.中南大学 2011
本文编号：3223538
本文链接：https://www.wllwen.com/shoufeilunwen/gckjbs/3223538.html
