空心岩样径向渗流-轴向应力特征与巷道围岩渗透突变机理

• 作者: 马丹 侯文涛 张吉雄 王佳军 李振华 杜锋
• 来源期刊: 煤炭学报
• 学科: 工学
• 关键词: 渗透突变 空心试样 径向渗流 渗透率演变 蚀损作用
• 年，卷（期）: 2022,（3）
• 所属期刊栏目: 采矿理论与工程
• 页码范围: 1180-1195
• 页数: 16页
• 分类号: TD315
• 语种: 中文
• DOI: 10.13225/j.cnki.jccs.XR21.1831

摘要

为了探究承压水下巷道围岩的渗透突变机理,针对空心岩样的渗流-应力特征开展了一系列室内试验和渗透突变表征模型研究.自主研制了一套空心岩样径向渗流-轴向应力试验系统,突破了仅开展轴向渗流的传统试验条件限制,实现了径向渗流及轴向应力同步进行.采用该新型试验系统,以孔径(5-20 mm)和水压(0.5～2.5 MPa)为变量开展多组空心红砂岩渗流-应力试验,得到空心岩样径向渗流-轴向应力特征.试验结果表明径向渗流的蚀损作用引起岩样黏聚力、内摩擦角等力学参数衰减,增大水压,渗流的蚀损作用变强,岩样内部裂隙贯通通道形成时间缩短,渗透突变现象提前发生.大孔径岩样对轴向应力敏感度更高,内部结构受径向渗流蚀损作用易破坏,渗透突变发生时间缩短.岩样渗透率在试验过程中存在3种状态:①以孔隙结构为主要渗流介质的孔隙渗流状态;②以局部裂隙结构为主要渗流介质的非稳定渗流状态;③以贯通裂隙结构为主要渗流介质的渗透突变状态.渗透率达到峰值的试样渗流介质为受水压影响产生的贯通裂隙结构,峰值渗透率随水压增大呈线性增长,与孔径没有明显关系.以裂隙体积变化为纽带建立空心岩样渗透突变表征模型,模型计算值与实验结果吻合良好.以屈服应力/应变、峰值应力/应变为临界条件将渗透率演化曲线分为3个阶段:①渗透率微增演化阶段;②渗透率突增演化阶段;③峰后渗透率演化阶段.其中,渗透率突增演化阶段是突水灾害发生的控制环节,需在此之前采取注浆封堵、输水降压等措施预防事故发生.