深部采动高水压底板突水灾变演化特征规律基础试验研究

《博士后文库》序言

前言

章绪论1

1.1深部突水灾变的研究意义1

1.2研究现状分析2

1.2.1底板突水机理研究现状2

1.2.2相似模拟试验研究现状8

1.2.3高水压影响作用研究现状11

1.2.4裂隙扩展演化研究现状12

1.2.5研究进展14

1.3本书主要内容14

1.4研究方法和技术路线15

第2章底板采动破坏特征与高压水作用力学分析17

2.1底板采动破坏突水机理分析17

2.1.1“下三带”理论17

2.1.2“下四带”理论18

2.1.3递进导升学说21

2.2底板采动破坏特征21

2.2.1破坏深度影响因素与特征22

2.2.2破坏深度预计24

2.2.3矿山压力影响下底板破坏深度25

2.3高水压作用下采动底板受力分析26

2.3.1深部开采高水压与突水特征26

2.3.2高水压影响下底板破坏力学模型27

2.3.3力学模型解析30

2.4高水压底板破坏判据及突水危险性力学分析33

2.4.1底板破坏判据33

2.4.2工作面推进危险性分析35

2.4.3底板突水通道形成机理分析36

第3章节理裂隙岩体高水压渗流特性实验研究40

3.1裂隙岩体渗流特性与灾变机理研究概述41

3.1.1概述41

3.1.2裂隙岩体渗流特点42

3.2节理裂隙岩体高水压渗流特性实验方案及实验条件44

3.2.1实验条件44

3.2.2实验方法46

3.3节理裂隙岩体高水压渗流特性试验结果与分析51

3.3.1三维应力对裂隙渗流规律影响的理论分析51

3.3.2三维应力和渗透水压对裂隙渗流规律影响的试验结果53

3.3.3试验结果分析54

第4章高水压底板突水通道形成与动态演化过程研究57

4.1采动底板应力场与渗流场耦合分析57

4.1.1应力场变化特征57

4.1.2渗流场变化特征59

4.1.3应力场与渗流场的相互影响60

4.1.4应力与渗流耦合分析62

4.2高水压底板突水通道形成与动态演化过程数值模拟研究63

4.2.1FLAC3D软件简介63

4.2.2数值模型设计63

4.2.3模拟方案65

4.2.4模拟结果分析66

4.2.5万案模拟结果比较分析71

4.2.6主要结论73

第5章深部采动底板突水主要因素模拟手段与物理模拟试验系统研发74

5.1试验系统研发目的及要求74

5.1.1试验系统研发背景及模拟要求74

5.1.2试验系统研发目的意义及内容79

5.2物理模拟试验台设计80

5.2.1相似模拟基本理论80

5.2.2试验台模型简化设计83

5.3试验台系统结构86

5.3.1试验台及主体结构86

5.3.2伺服加载系统90

5.3.3水压控制系统91

5.3.4监测采集系统92

5.3.5其他主要辅助设备94

第6章新型流固耦合相似模拟材料研制与性能掌控96

6.1研发要求及相似模拟原理96

6.1.1新型流崮耦合材料要求96

6.1.2相似模拟原理97

6.2试验仪器设备与材料介质的选取100

6.2.1试验仪器设备100

6.2.2相似模拟材料介质选取103

6.3新型材料研制及相关力学参数测定105

6.3.1试验设计105

6.3.2新型材料性能测定108

6.4新型材料性能影响因素分析119

6.4.1碳酸钙119

6.4.2凡士林120

6.4.3黏土122

6.4.4其他成分123

6.5新型材料总结分析124

6.5.1新型流固相似模拟材料性能评估124

6.5.2新型材料性能控制因素126

6.5.3新型材料优缺点127

第7章深部高水压底板突水灾变特征物理模拟试验128

7.1相似模拟方案及模型设计128

7.1.1相似准则及理论分析128

7.1.2横型设计及基本参数129

7.1.3模型制作132

7.2底板破坏规律与突水特征分析134

7.2.1模型岩体初始应力状态134

7.2.2底板裂隙发育阶段136

7.2.3突水通道萌生阶段140

7.2.4突水通道演化阶段142

第8章深部开采断层活化突水及裂隙扩展的试验研究145

8.1断层相似材料的研制145

8.1.1材料的选取分析145

8.1.2试验方案设计146

8.1.3断层材料对围岩影响研究148

8.1.4相似材料膨胀破裂时空过程149

8.2试验台与相似比的选择151

8.2.1采动底板突水相似试验系统151

8.2.2相似比的确定155

8.3模型的设计与铺设156

8.3.1模型设计156

8.3.2模型的制作159

8.4试验结果与分析161

8.4.1模型岩体初始应力状态161

8.4.2断层裂隙发育阶段162

8.4.3突水通道萌生阶段165

8.4.4突水通道演化阶段167

第9章深部高水压底板含隐伏构造破坏特征分析171

9.1高水压对裂隙的影响作用分析171

9.1.1地下水对底板的高压冲击破坏171

9.1.2地下水对底板的高压扩隙173

9.2高水压对底板破坏灾变仿真模拟分析174

9.2.1模拟分析软件174

9.2.2数学模拟模型及方案175

9.2.3模拟结果分析177

主要参考文献215

编后记222