承壓開采底板破壞及突水機理數(shù)值模擬研究.pdf

1、本文圍繞底板破壞與突水問題，基于巖體滲流和巖體力學理論，從巖體微單元入手，深入探討了巖石微單元體應變與孔隙水壓的關(guān)系;并在此基礎上借助數(shù)值模擬軟件，從應力-滲流場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，建立了巖體滲流應力耦合分析模型，對不同條件下巖體破壞演化規(guī)律和滲流特征進行分析研究，并進一步對承壓開采數(shù)值模型進行了研究，論文主要研究內(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

2、，采用RFPA2D-Flow軟件對卸荷巖石模型在水力耦合作用下的強度變化及破壞演變進行了研究，分析了有無水壓、不同水壓差下的圍壓卸荷及軸向循環(huán)加卸載巖石的強度變化及破裂路徑演化機理，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，對比無水壓下的卸荷，水壓作用下的卸荷巖石破壞更為明顯，破壞時聲發(fā)射較為分散，峰值強度較低;卸荷階段巖石脆性增強，微裂隙不斷萌生、擴展并加速貫通，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)出明顯的強化特征，并發(fā)生塑性變形，卸荷時不能完全恢復，其滲透性能比直接加載下的低。
　　(2)考慮巖石非均質(zhì)性，建立了含隨機缺陷非均質(zhì)巖石和巖石單元參數(shù)服從Weibull統(tǒng)計分布的細觀尺度上的兩類滲流非均質(zhì)模型，分析了缺陷度、均質(zhì)度對巖石力學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，巖樣峰值強度和殘余強度逐漸降低。隨彈模均質(zhì)度增大，峰值強度、殘余強度和弱化模量逐漸增加，“V”型剪切帶較為明顯，脆性破

4、壞趨勢增強，模型的滲透性能就越小，較小均質(zhì)度對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，研究了采動底板破壞演化規(guī)律及隔水層的阻水侵入機理，對高壓水導升過程中的水壓損耗進行了模擬分析;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，承壓水隨采動過程向上導升時，實際作用在有效隔水層上的水壓并