【摘 要】
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我国每年煤炭资源开采造成大量的水资源流失和污染,充填开采作为一种重要的保水开采方式应用潜力极大,而研究充填材料在复杂的地下水环境中的渗流规律是实施保水开采的基础。此外充填体作为一种人造岩层在遇到地下不同水位的承压水时能否具有很好的隔水性能,从而为厚煤层分层开采以及多煤层开采中附近煤层的开采提供安全保障有待深入研究。因此本文采用试验测试与数值模拟相结合的方法研究了散体充填材料在应力场和渗流场双向耦合
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我国每年煤炭资源开采造成大量的水资源流失和污染,充填开采作为一种重要的保水开采方式应用潜力极大,而研究充填材料在复杂的地下水环境中的渗流规律是实施保水开采的基础。此外充填体作为一种人造岩层在遇到地下不同水位的承压水时能否具有很好的隔水性能,从而为厚煤层分层开采以及多煤层开采中附近煤层的开采提供安全保障有待深入研究。因此本文采用试验测试与数值模拟相结合的方法研究了散体充填材料在应力场和渗流场双向耦合作用下的渗流规律,主要取得以下研究成果:(1)通过测试4种不同粒径矸石在4 MPa、6 MPa、8 MPa、10 MPa、16 MPa、20 MPa轴压下,分别通过2 MPa、3 MPa、4 MPa、5 MPa、6 MPa、7 MPa水压力下的渗透速度,得到不同粒径矸石在不同应力下渗流规律,并拟合得到了不同粒径矸石孔隙率与轴压的关系式,渗透率、非达西因子与孔隙率的关系式,以及不同粒径矸石达到隔水效果时所需的轴向应力和相应的渗透率和非达西因子的量级。(2)测试了4种不同粒径矸石分别与风积沙、黄土按1:0.3比例混合的散体材料在不同轴向应力和水压力下的渗流速度,以及不同风积沙、黄土掺量对渗流效果的影响。风积沙的掺量的增加虽然会减小总体的孔隙率,但渗透性却得到增强,而黄土掺量的增加降低了总体的承载能力,却增强了总体的隔水性能,使渗透性大幅度降低,在4~6 MPa的轴压下能达到到很好的隔水效果。(3)用数值模拟的方法分别研究了4种粒径、6种轴压、6种水压以及3种风积沙掺量条件下散体充填材料的内部渗流规律,得到了不同条件下充填体的位移、孔隙率、渗透率、水压力、渗流速度在充填体内部不同位置的分布情况,其分布并非均匀分布,分析主要是由于充填材料在承载过程中不均匀的形变造成的。
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