承壓開采底板破壞及突水機(jī)理數(shù)值模擬研究.pdf

1、本文圍繞底板破壞與突水問(wèn)題，基于巖體滲流和巖體力學(xué)理論，從巖體微單元入手，深入探討了巖石微單元體應(yīng)變與孔隙水壓的關(guān)系;并在此基礎(chǔ)上借助數(shù)值模擬軟件，從應(yīng)力-滲流場(chǎng)共同作用的角度出發(fā)，考慮巖體開挖卸荷、巖體結(jié)構(gòu)的非均質(zhì)性，建立了巖體滲流應(yīng)力耦合分析模型，對(duì)不同條件下巖體破壞演化規(guī)律和滲流特征進(jìn)行分析研究，并進(jìn)一步對(duì)承壓開采數(shù)值模型進(jìn)行了研究，論文主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)論如下:
　　(1)基于流固耦合基本理論，綜合考慮深部承壓水上開采的特點(diǎn)

2、，采用RFPA2D-Flow軟件對(duì)卸荷巖石模型在水力耦合作用下的強(qiáng)度變化及破壞演變進(jìn)行了研究，分析了有無(wú)水壓、不同水壓差下的圍壓卸荷及軸向循環(huán)加卸載巖石的強(qiáng)度變化及破裂路徑演化機(jī)理，得出了在圍壓卸荷及軸向卸荷作用下的巖石滲流規(guī)律以及卸荷量與滲透系數(shù)間的關(guān)系。研究表明，對(duì)比無(wú)水壓下的卸荷，水壓作用下的卸荷巖石破壞更為明顯，破壞時(shí)聲發(fā)射較為分散，峰值強(qiáng)度較低;卸荷階段巖石脆性增強(qiáng)，微裂隙不斷萌生、擴(kuò)展并加速貫通，滲透率不斷增加甚至出現(xiàn)突跳現(xiàn)

3、象;循環(huán)載荷下巖樣表現(xiàn)出明顯的強(qiáng)化特征，并發(fā)生塑性變形，卸荷時(shí)不能完全恢復(fù)，其滲透性能比直接加載下的低。
　　(2)考慮巖石非均質(zhì)性，建立了含隨機(jī)缺陷非均質(zhì)巖石和巖石單元參數(shù)服從Weibull統(tǒng)計(jì)分布的細(xì)觀尺度上的兩類滲流非均質(zhì)模型，分析了缺陷度、均質(zhì)度對(duì)巖石力學(xué)特性及其滲流特征的影響規(guī)律。結(jié)果表明，隨缺陷度增加，巖樣峰值強(qiáng)度和殘余強(qiáng)度逐漸降低。隨彈模均質(zhì)度增大，峰值強(qiáng)度、殘余強(qiáng)度和弱化模量逐漸增加，“V”型剪切帶較為明顯，脆性破

4、壞趨勢(shì)增強(qiáng)，模型的滲透性能就越小，較小均質(zhì)度對(duì)滲透性能的影響程度小于較大均質(zhì)度的影響程度。隨滲透系數(shù)均質(zhì)度增大，總體滲透性能較大。
　　(3)借助FLAC3D有限元軟件，建立了承壓開采底板破壞數(shù)值模型，研究了采動(dòng)底板破壞演化規(guī)律及隔水層的阻水侵入機(jī)理，對(duì)高壓水導(dǎo)升過(guò)程中的水壓損耗進(jìn)行了模擬分析;并比較分析了均勻和非均勻底板承壓開采引起的底板巖體破壞演化和滲流特征。研究表明，承壓水隨采動(dòng)過(guò)程向上導(dǎo)升時(shí)，實(shí)際作用在有效隔水層上的水壓并