孔隙含水穩定岩層中地下工程水害形成機理

《孔隙含水穩定岩層中地下工程水害形成機理》是依託中國礦業大學，由楊維好擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：孔隙含水穩定岩層中地下工程水害形成機理
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：楊維好
• 依託單位：中國礦業大學

項目摘要

隨著埋深的增大，在孔隙含水穩定岩層中，地下工程的水害日益嚴重，造成了重大損失。該種水害屬於孔隙水水害，以前未受到重視，缺乏深入研究，亟待解決。揭示其形成機理是科學地防治水害的前提。在前期工作的基礎上，以孔隙含水穩定岩層中立井井筒的水害為典型，首先，針對典型的孔隙含水岩石，通過岩樣試驗和細觀數值計算，獲得孔隙水壓對岩石的彈性模量、泊松比、強度參數和破壞特徵的影響規律，為後續研究提供基礎數據。其次，圍繞襯砌-圍岩-高壓孔隙水間的相互作用，建立隨機孔隙細觀數值計算模型、大型物理相似模擬試驗模型和解析分析模型，研究襯砌的變形規律、破壞出水特徵，襯砌與含水圍岩間相互作用力的變化規律。最後，在此基礎上研究揭示水害的形成機理，建立高孔隙水壓穩定岩層中襯砌的計算理論，提出防治該種水害的技術路線。本項目的研究成果對高孔隙水壓環境中岩石地下工程的建設與運營有重要理論意義和實用價值。

結題摘要

針對孔隙含水穩定岩層中地下工程結構的水害問題，進行了以下研究。首先，研究了孔隙水壓力對岩石力學參數的影響，通過理論解析、數值模擬掌握了孔隙水壓力等因素對岩石物理力學參數的影響規律；其次，研究了孔隙水壓力作用下井壁結構的等效水力荷載，揭示了孔隙含水穩定岩層中地下結構水力荷載的形成機理—類同於圍岩熱脹冷縮引起的結構荷載，孔隙水壓變化致脹或致縮圍岩孔隙，進而引起地下結構荷載變化，並且基於該機理，建立了孔隙含水岩層與地下結構相互作用的力學模型，獲得了水力荷載的解析解，掌握了地下結構和圍岩物理力學參數和幾何參數影響水力荷載的規律，發現了結構和圍岩接觸面接觸狀態對水力荷載的影響，在未發生剝離的接觸面，水力荷載一般不超過2倍圍岩孔隙率的靜水壓，在發生剝離的接觸面，水力荷載數值近似等於靜水壓力；第三，研究了穩定含水岩層地下結構變形規律和破壞模式，試驗發現結構和圍岩的局部剝離使得結構變形在豎向和水平方向均呈現較大的不均勻性，成為“破壞弱面”，破裂模式以局部滲水、破裂出水為主；第四，提出了孔隙含水穩定岩層中地下工程設計的合理建議，水力荷載是襯砌設計要考慮的關鍵因素，襯砌應具有合理的強度和剛度，既要有足夠的剛度降低襯砌與圍岩發生剝離的風險，同時又要合理降低高壓孔隙水的影響；最後，結合工程實踐，提出了治理孔隙含水穩定岩層中地下工程孔隙水水害的技術路線。項目資助發表論文5篇，授權發明專利3項。培養博士研究生1名，碩士研究生1名。項目投入經費82萬元，支出82萬元，各項支出基本與預算相符。