煤层底板突水突变模型

本文建立了煤层底板突水的一个尖点突变 (cusp)模型 ,并分析了煤层底板失稳破坏发生突水的机制。基于定态曲面方程 ,可求得煤层底板水压应力比 Ip。当 Ip >1时 ,发生突水 ;当 Ip <1时 ,不会发生突水。基于分支曲线方程 ,可求得煤层底板突水临界采动导水裂隙带深度 h1l,当 h1 >h1l 时 ,发生突水 ;当 h1 相似文献   

多煤层开采覆岩破断过程的模型试验与数值模拟

首先分析了研究区煤矿山西组煤层剖面和水文地质特征,针对多煤层联合开采的特点和覆岩的工程地质特征,采用工程地质力学模型实验、数值模拟计算相结合的综合研究方法,分析了多煤层开采的采动影响及岩层动态断裂机理,得出了有关岩层移动参数和多层煤同采时应力分布状态,计算得到了多煤层开采垮落带与导水裂隙带的发育高度分别为32m和81.5m,导水裂隙带高度影响范围已经达到风化带,未形成切冒,局部穿透粘土层。     

评价矿井突水危险性的关键层方法

将煤层底板至含水层间承载能力最大的一层岩层看作起阻水作用的关键岩层（简称关键层），并把它简化为薄板，利用板的理论解确定该岩层的破断跨距，用以评价底板突水的危险性．实例分析表明，这种预测突水危险性的方法是简明有效的．     

双重孔隙介质THMM耦合模型及其有限元分析

建立了一种饱和-非饱和遍有节理岩体的双重孔隙-裂隙介质热-水-应力-迁移耦合模型,其特点是应力场和温度场是单一的,但具有不同的孔隙渗流场、裂隙渗流场和孔隙浓度场、裂隙浓度场,以及可考虑裂隙的组数、间距、方向、连通率和刚度对本构关系的影响;并开发了相应的二维有限元程序.针对一个假定的高放废物地质处置库,就岩体为非饱和双重孔隙-裂隙介质和放射性核素泄漏的情况进行了数值分析,考察了岩体中的温度、负孔隙水压力、饱和度、地下水流速、核素浓度和主应力的状态.结果显示:孔隙和裂隙中的负水压力及核素浓度呈现不同的变化、分布;尽管裂隙水饱和度平均仅为孔隙水饱和度的1/10,但因裂隙的渗透系数比孔隙的渗透系数大4个数量级,故裂隙中地下水的流速约是孔隙中相应值的3倍;孔隙和裂隙中核素浓度的量值接近.     

煤层底板突水预测的理论判据及其应用

本文采用弹塑性力学理论对采煤工作面底板岩层进行了研究,提出了煤层底板突水的预测公式,经过对111个带压开采工作面实例验算,效果较好,从而基本上解决了煤层底板突水的预测问题.     

二维裂隙渗流等效渗透系数张量的一种近似算法

地质体裂隙渗流十分复杂,通常可用等效渗透系数张量来描述其渗透特性. 本文基于无限延伸的多组平行裂隙的等效渗透系数张量的叠加算法,通过引入裂隙的贯通系数概念,并结合随机裂隙网络生成技术,发展了一种可用于估算二维裂隙等效渗透系数张量的叠加算法.     

松软煤层综放面顶底板采动应力分布规律研究

以某矿综放采场为背景,通过现场实测、相似材料模拟等手段,研究了松软煤层综放开采中液压支架受力状态、两巷单体支柱受力特征和顶底板的采动应力分布规律,结果表明液压支架在工作面不同位置受力状态不同,处于中部位置的支架受力最大,同一支架前立柱受力大于后立柱;风巷围岩应力大于机巷围岩应力,两巷的超前采动应力峰值位置在工作面前3～11m;顶板岩层同一层位中采动应力分布随工作面的距离不同而不同;不同层位应力分布也不同,离煤层越近的岩层中应力集中系数越大;底板岩层在工作面前方6m左右处应力达到最大,在工作面处应力为零。该研究结果有效地指导了该矿井同一煤层综放面巷道布置、两巷支护及工作面顶板管理。     

岩体三维裂隙网络地质熵与渗透特性关系研究

裂隙网络是岩体地下水的主要流动通道,而工程岩体中裂隙网络错综复杂,裂隙网络的几何特征和连通性对其渗透性有着重要影响.为了综合量化裂隙迹长、间距、倾角、开度对裂隙网络连通性和渗透性的影响,基于信息熵原理,提出了三维裂隙网络地质熵理论和连通性指标-熵尺度,对比熵尺度与其他传统三维裂隙网络连通性指标,验证了熵尺度评价三维裂隙网络连通性和渗透性的合理性.结合锦屏一级水电站左岸边坡裂隙统计分布,建立三维裂隙网络渗流数值计算方法,分析不同裂隙迹长、倾角、间距、开度条件下三维裂隙面密度、无量纲逾渗密度、熵尺度和渗透系数的变化关系.结果表明:当体积率一定,考虑开度影响时,三维裂隙面密度和无量纲逾渗密度无法定量表征迹长和间距对裂隙网络连通性的影响;裂隙迹长与熵尺度和渗透系数呈负相关关系,裂隙间距和开度与熵尺度和渗透系数呈正相关关系,裂隙倾角变化对熵尺度和渗透系数影响较小;熵尺度与渗透系数的非线性关系近似满足二次多项式.     

多组贯穿闭合裂隙岩体变形模型研究

根据等效岩体理论,并考虑闭合裂隙面摩擦效应,建立了含多组贯穿闭合裂隙岩体的数学模型,给出了岩体轴向应变、等效弹性模量与等效泊松比的表达式,系统地研究了岩块性质和裂隙参数对等效弹性模量与等效泊松比的影响。结果表明:岩块弹性模量对等效弹性模量与等效泊松比的影响随弹性模量增大而逐渐减弱,等效泊松比与岩块泊松比近似呈正比例关系;当裂隙角度小于50°时,裂隙几何参数对等效弹性模量影响较大,对等效泊松比影响较小,随着角度增大,影响逐渐减弱;岩体变形受裂隙组数影响较大,由于闭合裂隙面的摩擦效应及多组裂隙间的制约作用,含两组及三组裂隙时岩体变形较小,只含一组裂隙时岩体变形最大,无裂隙岩体变形几乎可以忽略。     

基于集对分析模型的岩溶区浅埋穿河隧道突涌水危险性评价

在岩溶区修建隧道常会面临突涌水等地质灾害,尤其是对于浅埋穿河隧道的建设,更是极具挑战性的一项工作。由于隧址区存在断层破碎带、岩体风化程度高、节理裂隙发育等,使得河水入侵隧道的可能性大幅增加。为了有效评价岩溶区浅埋隧道下穿河段突涌水发生的危险性,本研究根据隧址区地质条件及隧道特征,选取了地层岩性、修正的岩层倾角、可溶岩与非可溶岩接触带、围岩等级、断层带宽度、断层性质、裂隙发育程度、地表水流量、地表汇水面积、隧道埋深、施工干扰程度共11个影响突涌水的关键因素作为评价指标,建立了岩溶区浅埋穿河隧道突涌水危险性评价体系。首先,采用层次分析法构造判断矩阵确定评价指标的权重,利用集对分析法计算各评价指标的联系度,进而确定评价样本的综合联系度;其次,运用最大隶属度原则识别突涌水风险等级;最后,根据危险性等级与涌水量之间的对应关系,可初步预测突涌水量范围。针对跃龙门隧道下穿高川河浅埋段的突涌水风险,采用集对分析模型进行分析,计算结果显示,危险性评价预测的突涌水量范围为3 000～10 000 m³/d,现场开挖实际涌水量为7 000 m³/d。即危险性评价结...     

溶蚀岩体随机结构模型建立及其在岩体渗漏评价中的应用

针对中小规模裂隙和溶蚀洞穴造成的溶蚀岩体渗漏 ,本文提出了溶蚀岩体渗漏评价的一种新思路 :首先对现场开挖所揭露的有限的裂隙和溶蚀洞穴观测资料进行统计分析 ,利用统计分析结果建立溶蚀岩体随机结构模型 ;然后根据随机结构模型所反映出的裂隙和溶蚀洞穴有关参数计算渗透参数 ;最后结合区域水力学条件计算岩体渗漏量。多次模拟后可以得到渗漏量的分布规律。其中 ,建立合理的随机结构模型是关系本方法成败的关键 ,文中给出了建立溶蚀岩体随机结构模型的步骤 ,提供了随机模拟的编程思路和程序框图 ,并结合具体的工程实例对该方法的应用前景进行了讨论     

断层内破碎岩石渗透性的实验研究

断层破碎带岩石的渗透性是影响地下工程中由渗流失稳而引发灾害事故的重要影响因素之一。利用一种专门的破碎岩石压实渗透仪,在MTS815.02岩石力学伺服试验系统上测试了取自断层内的破碎灰岩、破碎砂岩、破碎泥岩的渗透系数,得到并分析了轴向压力、岩样粒径、水流速度与渗透系数的关系曲线。研究表明:破碎岩石渗透系数与其压实状态密切相关,随着轴压的增加,渗透系数都相应降低;在相同的轴向压力状态下,岩样粒径越小,其渗透系数也越小,因此,挤压程度和充填程度都较低的小断层导水性好,容易导致突水;破碎岩石的渗透系数随着水流速度的增大呈减小趋势,但水流速度对破碎岩石渗透系数的影响程度有限;在相同的压力、粒径情况下,破碎泥岩的渗透系数比破碎灰岩、破碎砂岩的要小1～2个量级,说明当断层上下盘为坚硬岩石时,断层带渗透性好、易导水。研究结果可为采动过程中评价断层的导水性提供参考。     

秦岭公路隧道2号竖井地应力与岩爆分析

利用水平圆柱形激波管对激波驱动的可压缩性气固两相流进行了试验研究. 利用压电式压力传感器、电荷放大器、示波器及计算机组成的压力信号测试系统, 对激波 与颗粒作用前后的气相参数进行测量及分析. 试验中测得了激波在管中的传播速 度, 波后气流的压力, 反射激波、透射激波的压力和速度等. 分别考察颗粒、装载 比、驱动气源以及入射激波马赫数等因素的差异对气相参数的影响. 试验结果表明: 激波与颗粒群相互作用时, 会产生反射激波和透射激波, 其强度与驱动气源、颗粒大小、颗粒装载比等参数有关; 激波衰减率随着装载比、马赫数的增大而减小. 研究指出, 在颗粒群被激波加速的初始阶段, 颗粒间的弹性碰撞起着重要的作用.     

Direct Hydraulic Parameter and Function Estimation for Diverse Soil Types Under Infiltration and Evaporation

A new computationally efficient direct method is applied to estimating unsaturated hydraulic properties during steady-state infiltration and evaporation at soil surface. For different soil types with homogeneous and layered heterogeneity, soil hydraulic parameters and unsaturated conductivities are estimated. Unlike the traditional indirect inversion method, the direct method does not require forward simulations to assess the measurement-to-model fit; thus, the knowledge of model boundary conditions (BC) is not required. Instead, the method employs a set of local approximate solutions to impose continuity of pressure head and soil water fluxes throughout the inversion domain, while measurements act to condition these solutions. Given sufficient measurements, it yields a well-posed system of nonlinear equations that can be solved with optimization in a single step and is thus computationally efficient. For both Gardner’s and van Genuchten’s soil water models, unsaturated hydraulic conductivities and pressure heads (including the unknown BC) can be accurately recovered. When increasing measurement errors are imposed, inversion becomes less accurate, but the solution is stable, i.e., estimation errors remain bounded. Moreover, when the unsaturated conductivity model is known, inversion can recover its parameters; if it is unknown, inversion can recover a nonparametric, piecewise continuous function to which soil parameters can be obtained via fitting. Overall, inversion accuracy of the direct method is influenced by (1) measurement density and errors; (2) rate of infiltration or evaporation; (3) variation of the unsaturated conductivity; (4) flow direction; (5) the number of soil layers.     

多孔材料孔隙尺寸对渗透系数影响的数值模拟

采用有限元方法数值模拟了多孔材料的孔隙尺寸与等效渗透系数之间的非线性关系.有限元模型中的固体骨架和孔隙根据孔隙率的大小随机生成,模型中的材料参数和单元属性用ANSYS中的APDL参数化语言赋值.根据有限元随机模拟断面的流量分布和稳态渗流问题的达西定律,计算在不同孔隙尺寸的等效渗透系数,研究等效渗透系数与孔隙尺寸之间的关系.计算结果表明,在孔隙率不变的情况下,等效渗透系数与孔隙尺寸的平方成正比,该结论与经验公式相一致.而孔隙尺寸不变的条件下,随着孔隙率的增加等效渗透系数近似呈线性增加.     

影响含硫化物的地下工程围岩中锚固体系侵蚀的主要因素研究(英文)

采用复合式衬砌的隧道及地下工程,锚喷支护系统的耐久性直接影响结构的稳定性和运营年限。锚杆主体属于钢构件,极易遭受侵蚀。从采用复合式衬砌的隧道及地下工程的结构特点可知,对于一定形式的锚杆,所遭受的侵蚀作用主要取决于锚杆与来自围岩的侵蚀性地下水的相互作用。本文探讨了含硫化物围岩中影响锚杆侵蚀的主要因素,描述了侵蚀性地下水的形成,以及锚杆侵蚀作用的物理化学机理,并提出了基于此机理的含硫化物围岩中锚杆使用年限的估算方法。     

A Scanning Electron Microscopy study of water in soil

Cold stage Scanning Electron Microscopy (SEM) with a rapid cooling technique makes it possible to investigate the water phase within unsaturated porous media. It is thought that this technique preserves the main features of the micromorphology of the water menisci as it exists in the liquid phase in soils. Saddle-shaped elements, as well as pendular rings of water, were observed with concave and convex curvatures of the water-air interface. The hydraulic conductivity of an unsaturated soil may be inferred from SEM photographs. Observations of isolated water menisci indicate the existence of an immobile water domain. The surface geometry of the water menisci was analyzed quantitatively and surface tension and capillary pressure were determined.     

Experimental and numerical study of shock wave propagation in water generated by pulsed arc electrohydraulic discharges

The objective of this study is to simulate the propagation of the shock wave in water due to an explosion. The study is part of a global research program on the development of an alternative stimulation technique to conventional hydraulic fracturing in tight gas reservoirs aimed at inducing a distributed state of microcracking of rocks instead of localized fracture. We consider the possibility of increasing the permeability of rocks with dynamic blasts. The blast is a shock wave generated in water by pulsed arc electrohydraulic discharges. The amplitude of these shock waves is prescribed by the electrohydraulic discharges which generate high pressures of several kilobars within microseconds. A simplified method has been used to simulate the injected electrical energy as augmentation of enthalpy in water locally. The finite element code EUROPLEXUS is used to perform fluid fast dynamic computation. The predicted pressure is consistent with the experimental results. In addition, shock wave propagation characteristics predicted with simulation can be valuable reference for design of underwater structural elements and engineering of underwater explosion.     

裂隙岩体水力特征数值模拟试验的初步结果

本文利用文献中的数据进行数值模拟试验,结果表明：流量等效和渗透作用力变形效果等效互不包容;不同级别结构面体系难以用连续介质方法处理,同级别结构面体系在工程作用力变化范围内,可由其静态水力特征推演动态特征;工程岩体结构面间充分连通的假设过于粗糙,常规试验手段获取的量值倾向于局部特征的反映。     

Steady water flow through unsaturated aggregated porous materials

The three-dimensional steady water flow through unsaturated aggregated porous materials composed of simple cubic open packed and tetrahedral close packed assemblies of uniform porous spheres is investigated with electric analogues and numerical computations. Water around the spheres is considered to be discontinuous with flow restricted through isolated annular water lenses held by surface tension forces around the contact points between spheres. It is found that the conductance of individual spheres depends only on the size of the water lenses and is independent of the radius of the sphere. For a simple cubic packing the conductance for small lens radii is given by Weber’s formula for flow from an electrified disc into an infinite medium. It follows that the bulk hydraulic conductivity of these assemblies of porous spheres is also independent of aggregate size over a range of water contents. This independence is also shown in measurements of hydraulic conductivity of aggregates of diatomaceous earth that show a convergence to a single relationship between conductivity and water content when there is no longer continuity of water in the macropore space. The effect of the three-dimensional flow through aggregates on solute leaching is demonstrated by considering the numerical results of the stream-tube pattern in a sphere.