《承壓破碎岩體蠕變-滲流系統非線性動力學特性研究》是依託江蘇師範大學，由李順才擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：承壓破碎岩體蠕變-滲流系統非線性動力學特性研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：李順才
- 依託單位：江蘇師範大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
採礦工程中具有殘餘承載能力的破碎岩體，其變形、滲流行為對岩體內部液體和氣體運移及地面建築和環境會帶來嚴重影響。蠕變和滲流的耦合作用常會加劇水及破碎圍岩結構的失穩，引發突水及地表塌陷等動力災害事故。用非線性動力學理論及方法研究破碎岩體中蠕變-滲流系統的動力學行為更能揭示問題的本質。研究內容包括：（1）通過破碎岩石的蠕變-滲流試驗，研究不同的滲流速度、含水狀態、岩性、外載荷水平及蠕變和滲流的先後順序對蠕變性能參數的影響；（2）破碎岩體蠕變-滲流耦合動力學問題的幾何描述法研究；（3）建立非穩態滲流作用下冒落堆積破碎岩體承壓蠕變的非線性動力學模型，並對其動力學回響進行數值分析，考慮破碎岩體不同的孔隙度及滲透性參量對動力學回響的影響；（4）建立巷道原位破碎圍岩在滲流及蠕變作用下的非線性動力學模型，分析不同孔隙水壓力及支護阻力對動力學回響的影響，給出失穩的臨界水壓力條件。
結題摘要
研究工作完全按照原計畫的框架進行。 1. 通過破碎岩石的蠕變–滲流試驗，研究了不同滲流速度、含水狀態、岩性、外載荷水平及蠕變和滲流的先後載入順序對破碎岩石變形及滲透性能參數的影響，得到了：（1）飽水及自然含水破碎岩石的時間相關性孔隙率的變化規律；（2）同一級應力水平下有、無滲流對蠕變變形特性的影響；(3)同一級應力水平下時效性變形對滲透特性的影響；（4）同一級應力水平滲流與變形的載入順序對蠕變滲流特性的影響；（5）不同岩性的岩樣其變形滲流特性研究； 2. 研究了破碎岩體蠕變–滲流耦合動力學問題的幾何描述法。對固體顆粒及流體建立了5種坐標來描述，並推導了Langrange與Euler坐標的變換關係式；針對采動岩體邊界隨時間變化的特點，建立一種岩層變形-水滲流耦合系統動力學模型，利用快速Lagrange分析技術構建了耦合系統動力學回響的算法並編制了相應的Fortran程式，通過兩個算例分析了岩層的變形、破壞和流動過程，討論了岩層滲透特性和滲流場演化 3. 建立了非穩態滲流作用下冒落堆積破碎岩體承壓蠕變的非線性動力學模型，並對其動力學回響進行數值分析，考慮破碎岩體不同的孔隙度及滲透性參量對動力學回響的影響； 4. 自行研製了可考慮顆粒遷移流失的破碎岩體滲透試驗系統，成功地測試了試樣的骨料與填充物配比、軸向壓力及含砂量等對破碎岩體滲流特性及其突變規律的影響；建立了破碎岩體骨架變形—固體顆粒遷移—水滲流的變質量流固耦合動力學模型，給出了破碎岩體滲流的質量守恆方程和動量守恆方程，導出了由於溶蝕、顆粒遷移等導致破碎岩體孔隙率變化的控制方程等。並用數值方法得到了破碎岩體孔隙率、滲透率、充填物流失速率、湧水量以及水壓力等參數的變化規律。 5. 運用COMSOL Multiphysics軟體，對不同開採方式下，不同孔隙水壓作用下，覆岩蠕變的規律進行了系統的研究，研究成果可為“三下”壓煤開採地表變形的預測預報提供一定的借鑑。
