充水煤巖邊坡滲流—損傷耦合規(guī)律研究.pdf

1、中國(guó)露天采煤業(yè)發(fā)展迅速,格局發(fā)生重大調(diào)整,充水煤巖邊坡在滲流場(chǎng)與應(yīng)力場(chǎng)耦合作用下的變形失穩(wěn)、災(zāi)害控制及監(jiān)測(cè)監(jiān)控等已成為本領(lǐng)域研究的重大課題。論文結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐,采用實(shí)驗(yàn)測(cè)試、理論分析和數(shù)值模擬相結(jié)合的研究方法,對(duì)滲流-應(yīng)力共同作用下充水煤巖邊坡的損傷變形進(jìn)行了系統(tǒng)深入研究,開發(fā)了滲流-損傷耦合模型的有限元程序,進(jìn)行了數(shù)值求解,并同現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析。通過(guò)粘性土充水損傷直剪實(shí)驗(yàn),得出不同圍壓和含水率的損傷度曲線,并擬合出圍壓-含水率

2、-損傷度方程;通過(guò)孔隙水壓力消散實(shí)驗(yàn),得出粘性土某一消散度下的消散系數(shù),擬合出相應(yīng)孔隙水壓力消散方程;通過(guò)充水作用下煤巖體損傷實(shí)驗(yàn),得到了煤巖圍壓-孔隙水壓破裂強(qiáng)度曲線,并擬合出圍壓-充水損傷強(qiáng)度方程以及煤巖損傷度與圍壓關(guān)系擬合曲線和方程,為煤巖邊坡滲流-損傷耦合作用規(guī)律研究提供了可靠的基礎(chǔ)參數(shù)。研究滲流-應(yīng)力共同作用下煤巖體的損傷變形,綜合煤巖體初始損傷和損傷演化特性,建立了煤巖體滲流-損傷耦合本構(gòu)模型及煤巖體滲透張量演化方程。從煤巖

3、體結(jié)構(gòu)力學(xué)出發(fā),在建立孔隙-煤巖體介質(zhì)的流固耦合模型的基礎(chǔ)上,提出了基于壓剪型和張開型裂隙的煤巖體滲流-損傷耦合數(shù)學(xué)模型,探討了煤巖體斷裂損傷效應(yīng)對(duì)滲透張量的影響。基于損傷實(shí)驗(yàn)和滲流-損傷耦合理論研究結(jié)果,進(jìn)一步開發(fā)了滲流-損傷耦合模型的有限元程序,并應(yīng)用于哈爾烏素露天礦充水基底排土場(chǎng)和東明露天礦充水礦坑邊坡的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)中。采用滲流-損傷耦合理論,從滲流力學(xué)和煤巖力學(xué)的角度對(duì)充水過(guò)程中煤巖的潤(rùn)濕過(guò)程、邊坡滲流場(chǎng)分布、損傷場(chǎng)的演化等進(jìn)行了