基于应力‐渗流‐损伤耦合效应的断层活化突水机制研究

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• 责任者：李利平^c山东大学^d1981^e博士^f讲师 ; 李术才 ; 石少帅 ; 许振浩
• 刊名：岩石力学与工程学报
• 出版年：2011
• 卷期：30^b增刊1总248
• 关键词：突水20^a断层 ; 采矿 ; 煤矿 ; 应力 ; 渗流 ; 损伤力学
• 页码：3295～3304
• 索书号：P478.066/357
• 图表：^c表2参19插图
• 分类号：1500
• 文摘期号：2012/05/a

摘要

基于大量煤矿断层突水案例的系统调查分析和归类统计，研究充填型断层滞后突水的灾变演化机制，分析采动条件下断层形态产状、充填性、导水性的变化及其对断层活化突水通道形成过程的影响。以承压水下开采的充填断层为例，分析充填介质距含水层远近的弹性区和应变软化区的力学特性和渗流特征，将水致弱函数引入充填介质的剪应力和变形的本构关系中，建立断层充填结构滑移突水的燕尾突变模型，由系统势能函数的分叉集导出突水灾变演化路径的主控因素;对于承压水上开采的充填型断层，分析充填介质失效过程的渗流损伤特征。考虑充填介质的压剪和拉剪双重破坏准则，引入适合描述充填介质损伤前后阶段的应力‐渗流‐损伤耦合方程，采用有限元数值仿真真实再现采动应力扰动和高压承压水双重作用下底板采动裂隙演化、断层介质活化直至突水通道形成的灾变演化过程。通过对不同断距和倾角的断层突水过程的仿真分析，揭示突水通道形成过程中岩体应力场、渗流场以及损伤场的耦合效应，实现对不同突水通道形成轨迹的路径记录和准确定位，归纳出断层活化突水的4种典型破裂通道类型。研究结论对我国煤矿突水机制与灾害防治的认识具有一定的指导和借鉴意义。