考虑应力作用的裂隙岩体注浆模拟可视化试验系统及试验方法与制作流程
图片简介:
本技术介绍了一种考虑应力作用的裂隙岩体注浆模拟可视化试验系统及试验方法，系统包括供压装置、
恒压出浆装置、裂隙岩体应力模拟装置、裂隙岩体试验装置、尾水收集装置和数据监测装置，裂隙岩体
应力模拟装置包括反力架和千斤顶，利用不同方向的千斤顶可以给裂隙岩体试验装置内的裂隙岩体试样
施加压力，从而模拟自重力和构造应力。本技术可以模拟在自重和构造应力共同作用下浆液在裂隙岩体
中流动状态，观测浆液的迁移扩散过程以及不同位置处浆液流速和压力的变化，克服了现有技术中不能
考虑初始地应力作用和浆液运动过程可视化的缺点，同时可以模拟复杂岩体在不同注浆压力、浆液特性
裂隙倾角等多种参数影响下裂隙岩体中浆液流动过程。
技术要求1.
一种考虑应力作用的裂隙岩体注浆模拟可视化试验系统，其特征在于：包括浆料供应装置、裂隙岩
体应力模拟装置、裂隙岩体试验装置、尾水收集装置和数据监测装置，所述裂隙岩体应力模拟装置包
括反力架、千斤顶和给千斤顶提供动力的供油系统，所述反力架为竖直放置的方形反力架，所述方形
反力架的每个边内侧至少设有一个千斤顶，所述裂隙岩体试验装置安装于方形反力架内的多个千斤顶
之间，通过反力架内上下方向的千斤顶为裂隙岩体试验装置模拟自重应力，通过左右方向的千斤顶模
拟构造应力，所述裂隙岩体试验装置用于夹持安装裂隙岩体试样，所述浆料供应装置用于为裂隙岩体
试样提供恒压的浆料，所述尾水收集装置用于收集从裂隙岩体试样流出的浆料，所述数据监测装置用
于监控采集裂隙岩体注浆模拟试验中的参数数据；所述方形反力架由上下左右四个钢架和三角支撑焊
接组成，每个钢架内侧设有两个承压板，每个承压板上设有一个千斤顶。
2.
如权利要求1
所述考虑应力作用的裂隙岩体注浆模拟可视化试验系统，其特征在于：所述供油系统
包括油泵和液压同步加载分流阀，所述液压同步加载分流阀的入口连接油泵的出口，液压同步加载分
流阀的出口分别连接到每个千斤顶。
3.
如权利要求1
所述考虑应力作用的裂隙岩体注浆模拟可视化试验系统，其特征在于：所述裂隙岩体
试验装置由前后、上下四块有机玻璃板以及左右侧板将裂隙岩体试样密封在内组成，其中上有机玻璃
板设有延伸到裂隙岩体试样内的注浆管，下有机玻璃板上设有与裂隙岩体试样内相连的出浆管，所述
注浆管与浆料供应装置相连，所述出浆管与尾水收集装置。
4.
如权利要求3
所述考虑应力作用的裂隙岩体注浆模拟可视化试验系统，其特征在于：所述裂隙岩体
试验装置的前有机玻璃板和后有机玻璃板之间通过螺栓相连，前有机玻璃板或后有机玻璃板均布多个
用于放置压力传感器的测压孔，所述压力传感器采集数据通过压力数据采集显示仪进行采集和显示。
5.
如权利要求4
所述考虑应力作用的裂隙岩体注浆模拟可视化试验系统，其特征在于：所述浆料供应
装置包括储料罐、供压装置和设于储料罐内的搅拌装置，所述储料罐顶部设有与供压装置相连的进气
口，所述供压装置通过进气口为储料罐提供恒定的气压，所述储料罐底部设有与注浆管相连通的出料
口。
6.
如权利要求5
所述考虑应力作用的裂隙岩体注浆模拟可视化试验系统，其特征在于：所述搅拌装置
为安装于储料罐内底部的多个涡轮旋浆。
7.
如权利要求5
所述考虑应力作用的裂隙岩体注浆模拟可视化试验系统，其特征在于：所述数据监测
装置包括高速摄像机、电脑终端和轮辐传感器，所述高速摄像机和轮辐传感器采集数据通过数据线传
输到电脑终端进行处理，所述高速摄像机用于对裂隙岩体试验装置内的裂隙岩体试样进行拍照，所述
轮辐传感器安装于千斤顶与裂隙岩体试验装置之间，用于校正千斤顶所施加的压力。8.
一种利用权利要求7
所述裂隙岩体注浆模拟可视化试验系统的裂隙岩体注浆模拟可视化试验方法，
其特征在于，包括以下步骤：
步骤1
、裂隙岩体试样制备，根据现场岩体工程裂隙参数调查数据，获得结构面几何参数随机分布函
数，在此基础上，利用蒙特卡洛方法随机生成正方体裂隙网络模型，再通过3D
打印设备打印出裂隙
岩体试样，同时根据现场地应力测量数据，确定模拟真实注浆过程岩体所处深度的自重应力和构造应
力水平；
步骤2
、组装裂隙岩体试样，首先将压力传感器放置在后有机玻璃板的压力孔内，然后前后有机玻璃
板在预制螺栓孔位置利用螺栓紧密固定在裂隙岩体试样上，再插入注浆管，最后将上下有机玻璃板及
左右侧板安装到裂隙岩体试样上，用密封胶将各个接缝处密封好，防止漏浆液，完成裂隙岩体试验装
置组装；将组装好裂隙岩体试样的裂隙岩体试验装置放置于裂隙岩体应力模拟装置上；注浆管连接于
浆料供应装置上，出浆管连接于尾水收集装置；
步骤3
、设置模拟地应力，首先安装上下左右多个千斤顶，千斤顶后座置于承压板上，每个千斤顶前
端放上轮辐传感器，并与组装好裂隙岩体试样的裂隙岩体试验装置夹紧；千斤顶通过油管与液压同步
加载分流阀相连，然后打开油泵，设置液压同步加载分流阀以分配好上下左右油压，通过上下的千斤
顶模拟自重应力，左右的千斤顶模拟构造应力，最后用每个千斤顶上轮辐传感器进行应力校准，以保
证施加的模拟地应力大小；
步骤4
、安装监测装置，高速摄像机架设于裂隙岩体试样正前方；将储料罐连接于供压装置上，压力
传感器接到压力数据采集显示仪上，轮辐传感器接到电脑终端上；
步骤5
、开始注浆试验，将配置好注浆浆液注入储料罐中备用，开启涡轮旋浆保证浆液的和易性，开
启供压装置，将注浆压力调整为预定值，进行注浆扩散与封堵试验，打开高速摄像机，记录注浆过
程；
步骤6
：待浆液流出稳定后，停止注浆，关闭数据监测装置、供压装置和裂隙岩体应力模拟装置，清
洗裂隙岩体注浆模拟可视化试验系统；
步骤7
：改变不同试验条件，重复上述步骤1-6
，可以得到不同地应力条件、注浆压力、浆液黏度、浆
液凝胶时间等参数对浆液扩散规律和封堵的影响。
技术说明书
一种考虑应力作用的裂隙岩体注浆模拟可视化试验系统及试
验方法
技术领域本技术属于岩土工程领域，涉及一种岩土工程中注浆模拟试验装置，尤其是一种考虑应力作用的裂隙
岩体注浆模拟可视化试验系统及试验方法。
背景技术
地下岩体开挖卸荷过程中，工程岩体内部产生大量节理、裂隙，严重时易发生失稳破坏，影响围岩稳
定与工程安全。注浆是修复裂隙岩体、提高围岩强度的重要手段之一。浆液在裂隙岩体内的扩散路径
和范围是判定注浆效果的重要参考。目前，国内外学者对单一裂隙浆液流动扩散规律做了大量理论推
导。但是，理论研究与数值仿真均需对工程地质条件及注浆方式做出简化，其研究结果与现场实际存
在一定的误差；而现场原位试验则难以直观观测浆液在裂隙的流动和分布情况。相对而言，室内模拟
试验可较好的弥补以上研究手段的不足，可以获取注浆过程的相关参数。胡巍等(2013
年)
通过注浆模
型试验，发现注浆前后岩体剪切强度未发生明显变化，甚至少部分岩样剪切强度降低；相似的试验结
果也被张伟杰等(2015
年)
发现，这明显与现场情况是不符的。分析主要原因在于传统的注浆模拟试验
研究未考虑地应力的影响。因此开展地应力下裂隙岩样注浆模型试验是正确认识注浆加固机理的关
键。目前已开发的岩体注浆模拟仪器有：
CN 201910361886.5
公布了一种水平注浆口注浆扩散形态的模拟试验装置，包括受灌体、围压荷载控
制系统、渗流水压加载控制系统、注浆控制系统、数据采集系统和废液回收箱。
CN201811491070.6
公布了一种模拟多主控变量的可视化裂隙注浆试验装置及方法，包括可视化裂隙
注浆平台，注浆孔和注浆系统。
CN201811628638.4
公布了一种可视化检测裂隙注浆模拟试验装置及试验方法，包括注浆池，试验箱
体和注浆泵。
CN201910022454.1
公布了可模拟实际工况的砂层三维注浆试验装置及其试验方法，其可根据实际注
浆需求模拟不同的地应力条件和不同孔隙水压，包括底座、压力罩和试样室。
CN201710988965.X
公布了一种多功能室内土体注浆模拟试验装置及其试验方法，包括依次连接的注
浆机构、试验腔室以及控压机构。
CN201711190560.8
公布了一种气压驱动松散体注浆模拟试验装置及试验方法，包括顶部密封盖、中
部筒形注浆平台主体和底座。
CN201310351203.0
介绍了一种可视化交叉裂隙动水注浆试验装置，包括浆液收集装置和交叉裂隙平
台。虽然这些装置在一定程度上能够模拟岩体或者土体浆液扩散过程，但无法模拟自重和构造应力作用下
裂隙岩体注浆可视化观测过程，以及测量裂隙各个位置处压力和流速变化。
技术内容
有鉴于此，本技术目的在于提供一种考虑应力作用的裂隙岩体注浆模拟可视化试验系统及试验方法，
可以实现在自重和构造应力作用下裂隙岩体注浆模拟试验与分析。该装置考虑了初始地应力条件对裂
隙注浆扩散及凝胶封堵的影响，并全程实现可视化，采用高速摄像机和压力传感器对注浆不同位置的
速度和压力进行实时采集，并通过与计算机终端连接实现了试验过程的自动化量测。
为达到上述目的，本技术提供如下技术方案：
一种考虑应力作用的裂隙岩体注浆模拟可视化试验系统，其特征在于：包括浆料供应装置、裂隙岩体
应力模拟装置、裂隙岩体试验装置、尾水收集装置和数据监测装置，所述裂隙岩体应力模拟装置包括
反力架、千斤顶和给千斤顶提供动力的供油系统，所述反力架为竖直放置的方形反力架，所述方形反
力架的每个边内侧至少设有一个千斤顶，所述裂隙岩体试验装置安装于方形反力架内的多个千斤顶之
间，通过反力架内上下方向的千斤顶为裂隙岩体试验装置模拟自重应力，通过左右方向的千斤顶模拟
构造应力，所述裂隙岩体试验装置用于夹持安装裂隙岩体试样，所述浆料供应装置用于为裂隙岩体试
样提供恒压的浆料，所述尾水收集装置用于收集从裂隙岩体试样流出的浆料，所述数据监测装置用于
监控采集裂隙岩体注浆模拟试验中的参数数据；所述方形反力架由上下左右四个钢架和三角支撑焊接
组成，每个钢架内侧设有两个承压板，每个承压板上设有一个千斤顶。
进一步地，所述供油系统包括油泵和液压同步加载分流阀，所述液压同步加载分流阀的入口连接油泵
的出口，液压同步加载分流阀的出口分别连接到每个千斤顶。
进一步地，所述裂隙岩体试验装置由前后、上下四块有机玻璃板以及左右侧板将裂隙岩体试样密封在
内组成，其中上有机玻璃板设有延伸到裂隙岩体试样内的注浆管，下有机玻璃板上设有与裂隙岩体试
样内相连的出浆管，所述注浆管与浆料供应装置相连，所述出浆管与尾水收集装置。
进一步地，所述裂隙岩体试验装置的前有机玻璃板和后有机玻璃板之间通过螺栓相连，前有机玻璃板
或后有机玻璃板均布多个用于放置压力传感器的测压孔，所述压力传感器采集数据通过压力数据采集
显示仪进行采集和显示。
进一步地，所述浆料供应装置包括储料罐、供压装置和设于储料罐内的搅拌装置，所述储料罐顶部设
有与供压装置相连的进气口，所述供压装置通过进气口为储料罐提供恒定的气压，所述储料罐底部设
有与注浆管相连通的出料口。
进一步地，所述搅拌装置为安装于储料罐内底部的多个涡轮旋浆。
岩石应力-变形模量、弹性模量
1依据
1《水利水电工程岩石试验规程》SL264-2001；
2《工程岩体试验方法标准》GB/T50266-2013；
3《水利水电工程岩石试验规程(补充部分)》DL/T5368-2007。
2目的及范围
2.1目的
编制本作业指导书是为了规范、准确的完成对岩石单轴压缩变形试验的弹性模量和变形模量的测定。
2.2范围
本作业指导书可分为电阻应变片法和千分表法，适用于能制成规则试件的各类岩石。坚硬和较坚硬的岩石宜采用电阻应变片法,较软岩宜采用千分表法对于变形较大的软岩和极软岩可采用百分表测量变形。
3仪器设备
1钻石机、锯石机、磨石机；
2测量平台；
3烘箱和饱和设备；
4万用电表、兆欧表；
5静态电阻应变仪；
6千(百)分表；
7测量表架；
8材料试验机。
4实验步骤
4.1试件制备
4.1.1试件可用岩心或岩块加工制成，试件在采取、运输和制备过程中应避免扰动
4.1.2试件尺寸应符合下列规定：
1圆柱体直径或方柱体边长宜为48~54mm
2含大颗粒岩石的试件直径或边长应大于最大颗粒尺寸的10倍。
3试件高度与直径或边长之比宜为2.0~2.5。
4.1.3试件加工精度应符合下列规定:
1试件高度直径或边长的允许偏差为±0.3mm
2试件两端面的不平整度允许偏差为±0.05m
3端面应垂直于试件轴线允许偏差为±0.25°。
4方柱体或立方体试件相邻两而应互相垂直允许偏差为±025°。
4.1.3试件含水状态可根据需要选择天然状态、烘干状态或饱和状态并应符合下列规定：
1天然状态应在试样拆除密封后立即制备试件并测定其天然含水率
2烘干状态对于不含矿物结晶水的岩石应在105-110℃的恒温下烘24h。对于含有矿物结晶水的岩石应降低烘干温度,可在40±5℃恒温下烘24h。将试件从烘箱中取出放入干燥器内冷却至室温称试件质量。重复以上步骤直到相邻两次称量之差不超过后一次称量的0.1%
裂隙岩体爆破块度分布特征影响机理及预测模型研究
裂隙岩体爆破块度分布特征影响机理及预测模型研究
1. 引言
1.1 概述
本文的研究主题是裂隙岩体爆破块度分布特征影响机理及预测模型的研究。随着工程领域对于裂隙岩体爆破技术应用的增加，对于爆破块度分布特征的认识和预测成为了一个重要的问题。裂隙岩体在地下工程和采矿等方面具有广泛应用，而其力学性质与结构特性会直接影响块度分布情况，从而影响工程的稳定性和效果。
1.2 背景和研究意义
在工程建设中，我们经常需要进行岩体爆破来实现开挖、拆除或者采集等目标。然而，由于裂隙岩体存在不规则或者复杂的结构特点，导致了爆破后产生的块度分布存在一定的不确定性。因此，深入研究裂隙岩体爆破产生块度分布特征以及其影响机理具有重要意义。
准确预测裂隙岩体爆破块度分布能够为工程设计和实施提供指导和参考，同时也可帮助优化爆破参数选择，提高工程安全性和经济效益。此外，对于裂隙岩体爆破块度分布影响机理的研究可以加深对裂隙岩体本质特性的认识，并为进一步开展相关领域的研究提供基础。
1.3 研究目的
本研究旨在深入分析裂隙岩体爆破块度分布特征以及与其相关的影响机理，建立相应的预测模型，从而提供工程实践中对于裂隙岩体爆破块度的预测依据。具体研究内容包括：
- 进行裂隙岩体性质分析，探讨其力学特性、结构构造等对于爆破块度分布的影响；
- 系统分析爆破过程对于裂隙岩体形成块度分布的机理，并通过实验或模拟方法验证；
- 建立预测模型，将裂隙结构和爆破参数与块度关联起来，以实现对裂隙岩体爆破块度分布的预测；
- 验证模型在工程实践中的应用效果，并提出改进建议。
本研究的成果将对于裂隙岩体爆破技术应用具有重要意义，可以指导相关工程项目的设计与施工，提高施工效率和安全性。同时，也可为进一步研究裂隙岩体及其爆破行为提供参考和借鉴。
2. 裂隙岩体爆破块度分布特征分析
2.1 裂隙岩体性质分析 裂隙岩体是由于受到地壳运动、构造应力等因素的影响而形成的具有一定断裂能力和稳定度的岩石。裂隙岩体在工程建设中常作为爆破施工的对象，了解其性质对于预测爆破块度分布特征具有重要意义。
7、岩体应力测试(孔壁应变法测试、孔径变形法测试、孔底应变法测试、表面应变法测试)
岩体应力测试
包括：孔壁应变法测试、孔径变形法测试、孔底应变法测试、表面应变法测试
岩体应力是泛指岩体内部存在的应力。在天然状态下，岩体内部存在的应力，称为岩体初始应力（或天然应力、原始应力）；在岩体被扰动后，扰动范围内重分布的应力，称为岩体二次应力。
岩体初始应力，不仅与岩体自重、地质构造运动有关；而且与成岩过程的物理化学变化、地形地貌、地温梯度、岩性特性等有着密切关系，是一种复杂的、综合性的应力状态。
为了了解岩体初始应力状态，最有效的方法就是在现场进行测试。岩体应力的测试方法很多，且各有利弊。常用的是套钻岩芯应变解除法。岩体应力测试是以弹性理论为基础，假定岩体为均质、连续、各向同性的线弹性体基础上进行的。
（一）孔壁应变法测试
孔壁应变法测试，是通过在钻孔套钻应力解除过程中，量测某点的孔壁应变，反算该点的三向应力大小和方向，据此计算岩体初始应力。本测试方法适用于无水、完整或较完整岩体。
应力测试段内，岩件府均一、完整。测点应选在应力扰动区外。应力扰动区范围，一般为洞室直径的 2 倍。
测试前后应对试段、钻孔、岩芯及解除岩芯进行地质描述。主要内容为：钻孔钻进情况、
岩性、岩体结构面性状、测点应力现象等，并收集相关地质图。
1、测试孔主要要求
用大孔径钻头钻至预定测试深度，并磨平孔底。取出岩芯，进行描述。 用小孔径钻头钻测试孔，与大孔同轴，深 50cm。取出岩芯并描述。当孔壁不光滑时，应采用扩孔器扩孔。
清洗测试孔，并对孔壁进行干燥处理。
试前需进行应变计安装。用安装器将应变计送入测试孔，就位定向，并施加一定的预压力，使应变计牢固地黏结在孔壁上，取出安装器，量测测点方位及深度。
2、测试要点
向钻孔注水，每隔 10min 读数一次，连续 3 次读数相差不超过
5με 时，即认为稳定，并将此读数作为初始值。
按预定分级深度钻进，进行套钻解除，每级深度宜为 2cm。每解除一级深度，停钻读数，连续读取 2 次。
裂隙岩体动力特性的试验模拟研究
第３５卷第３期 ２００７年５月 河海大学学报（自然科学版） Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｈｏｈａｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ） ＶｏＪ．３５ Ｎｏ．３ Ｍａｙ ２００７
裂隙岩体动力特性的试验模拟研究
张海波 ２，王 媛 ，王鲁明 ，张 伟２
（１．河海大学岩土工程研究所，江苏南京２１００９８；２．徐州空军学院机场工程系，江苏徐州 ２２１０００；
３．工程兵指挥学院，江苏徐州２２１１３０４）
摘要：针对地震、爆破等动力荷载作用下裂隙岩体的动力学特性问题，采用水泥浆制作试样，模拟具
有不同数量平行贯通裂隙的岩体，利用Ｈｏｐｋｉｎｓｏｎ压杆对试样施加应变率为１００，１４０，１７０的动力荷
载，得出试样在高应变率下的动态应力一应变曲线．对应力一应变曲线的分析表明：裂隙岩体具有应
变率敏感性；破坏岩体的最终变形随着裂隙率降低而减小．
关键词：裂隙岩体；动力学特性；Ｈｏｐｋｉｎｓｏｎ压杆；半导体应变片；应变率敏感性
中图分类号：ＴＵ４５２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１０００－１９８０（２００７）０３—０３０９—０３
工程中遇到的岩体，其内部包括各种软弱结构面，如断层、节理、裂隙等，裂隙岩体由于内部裂隙的存在
使得其力学特性与均匀介质显著不同，而裂隙率的大小影响着岩体的强度．同时，岩体的强度与其所受的荷
载类型有着密切的关系，岩体在静荷载与动荷载下的力学特性区
别很大．而实际工程中的岩体常处于地震、爆破及开挖扰动等动力
荷载之下，裂隙岩体的破坏失稳与裂隙岩体的动力学特性密切相
关．目前，关于对裂隙岩体和不同应变率条件下的完整岩块的动力
学特性以及非贯通裂隙岩体在低应变率下特性的研究已有许
多ｌ１ ］，但是对于在岩体中起控制作用的大量裂隙在高应变率下的
研究目前还比较少．鉴于此，本文模拟具有平行贯通裂隙的岩体，
利用Ｈｏｐｋｉｎｓｏｎ压杆对试样施加不同的动力荷载，分析不同应变率
及不同裂隙率下裂隙岩体的动力特性．
三维应力作用下砂岩单裂隙渗流规律试验研究
第２Ｏ卷第５期 ２０１１年５月 中 国 矿 业 ＣＨＩＮＡ ＭＩＮＩＮＧ ＭＡＧＡＺＩＮＥ Ｖｏ１．２Ｏ．ＮＯ．５
Ｍａｙ ２Ｏ１１
三维应力作用下砂岩单裂隙渗流规律试验研究
侯昭飞 ，纪洪广 ，王金安 ，李 伟
（１．北京科技大学金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室，北京１０００８３；
２．煤炭科学研究总院，北京１０００１３）
摘要：使用劈裂方法在粗砂岩岩样上制造裂隙来模拟粗砂岩天然岩体的张性裂隙，在电液伺服岩 石三轴试验机上开展单裂隙渗流应力耦合试验。在三维应力下，检测在不同围压、水压情况下，渗流量 随时间的变化情况，对单裂隙岩体在三维应力作用下的渗流规律作了探究。 关键词：单裂隙；岩体渗流；试验；渗流应力耦合 中图分类号：Ｐ５４２ ．３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００４—４０５１（２０１１）０５—０１０７—０４
Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｔｈｅ ｌａｗｓ ｏｆ ｓｅｅｐａｇｅ ｉｎ ｓａｎｄｓｔｏｎｅ ｗｉｔｈｉｎ
ｓｉｎｇｌｅ ｆｒａｃｔｕｒｅ ｕｎｄｅｒ ｔｒｉａｘｉａｌｉｔｙ ｓｔｒｅｓｓｅｓ
ＨＯＵ Ｚｈａｏ—ｆｅｉ ，ＪＩ Ｈｏｎｇ—ｇｕａｎｇ ，ＷＡＮＧ Ｊｉｎ—ａｎ ，ＬＩ Ｗｅｉ （１．Ｓｔａｔｅ Ｋｅｙ Ｉ ａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｈｉｇｈ—Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ Ｍｉｎｉｎｇ ａｎｄ Ｓａｆｅｔｙ ｏｆ Ｍｅｔａｌ Ｍｉｎｅｓ Ｍｉｎｉｓｔｒｙ ｏｆ Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ，Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｂｅｉｊｉｎｇ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００８３，Ｃｈｉｎａ；２．Ｃｈｉｎａ Ｃｏａｌ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００１３，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ ｓｉｎｇｌｅ ｆｒａｃｔｕｒｅ ｉｎ ｓａｎｄｓｔｏｎｅ ｒｏｃｋ ｗａｓ ｆｏｒｍｅｄ ｂｙ ｓｐｌｉｔｔｉｎｇ ｔｏ ｓｉｍｕｌａｔｅ ｔｈｅ ｎａｔｕｒａｌ ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ ｆｒａｃｔｕｒｅ．Ｃｏｕｐｌｉｎｇ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ ｏｎ ｓｔｒｅｓｓ ａｎｄ ｓｅｅｐａｇｅ ｏｆ ｔｈｅ ｒｏｃｋ ｗｉｔｈ ｓｉｎｇｌｅ ｆｒａｃｔｕｒｅ ｗｅｒｅ ｐｅｒｆｏｒｍｅｄ ｔｈｒｏｕｇｈ ｅｌｅｃｔｒｉｃ—ｆｌｕｉｄ ｓｅｒｖｉｎｇ ｔｒｉａｘｉａｌ ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ ｍａｃｈｉｎｅ．Ｅｘａｍｌｎｇ ｈｏｗ ｓｅｅｐａｇｅ ｆｌｏｗ ｃｈａｎｇｅｓ ｗｉｔｈ ｔｉｍｅ ｂｙ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｃｏｎｆｉｎｉｎｇ ｐｒｅｓｓｕｒｅｓ ａｎｄ ｗａｔｅｒ ｐｒｅｓｓｕｒｅｓ ｕｎｄｅｒ ｔｒｉａｘｉａｌ ｓｔｒｅｓｓｅｓ．Ａｎｄ ｍａｋｉｎｇ ａ ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ ｏｎ ｔｈｅ ｓｅｅｐａｇｅ ｌａＷＳ ｉｎ ｓａｎｄｓｔｏｎｅ ｗｉｔｈｉｎ ｓｉｎｇｌｅ ｆｒａｃｔｕｒｅ ｕｎｄｅｒ ｔｒｉａｘｉａｌｉｔｙ ｓｔｒｅｓｓｅｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓｉｎｇｌｅ ｆｒａｃｔｕｒｅ；ｓｅｅｐａｇｅ ｉｎ ｒｏｃｋ ｆｉｓｓｕｒｅｓ；ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ；ｃｏｕｐｌｅｄ ｓｔｒｅｓｓ ａｎｄ ｆｌｕｉｄ ｆｌｏｗ
风化泥岩裂缝涌水及扩展规律模拟试验研究
风化泥岩裂缝涌水及扩展规律模拟试验研究
李江华;许延春;董检平;郭文砚;曹旭初
【摘 要】为了研究风化泥岩裂缝涌水及扩展变化规律,研发了一种岩石裂缝涌水扩展试验装置.通过对赵固一矿现场岩样进行干燥饱和吸水率、点荷载强度等试验分析了不同层位风化泥岩的物理性质,根据物理性质的差异制作了两组风化泥岩岩石试件,并采用X射线衍射(XRD)试验测试了试件的矿物组成成分.通过设置不同的注水压力和裂缝宽度对两组岩石试件进行风化泥岩裂缝涌水及扩展模拟试验,得出了试验含水层水压力和裂缝通道涌水量的变化规律,并探讨了注水压力、裂缝宽度和岩石物理性质对风化泥岩裂缝扩展的影响,总结出水流作用下风化泥岩裂缝扩展规律.
【期刊名称】《煤炭学报》
【年(卷),期】2016(041)004
【总页数】8页(P984-991)
【关键词】风化泥岩裂缝;涌水;扩展规律;水压力;涌水量
【作 者】李江华;许延春;董检平;郭文砚;曹旭初
【作者单位】中国矿业大学(北京)资源与安全工程学院,北京100083;中国矿业大学(北京)资源与安全工程学院,北京100083;中国矿业大学(北京)资源与安全工程学院,北京100083;中国矿业大学(北京)资源与安全工程学院,北京100083;中国矿业大学(北京)资源与安全工程学院,北京100083
【正文语种】中 文 【中图分类】TD745.2
突水事故居煤矿五大灾害事故第2位，据不完全统计，2014年我国煤矿发生突水事故7起，死亡人数63人。突水事故不仅造成了工程本身的灾害，更给国家和人民造成重大的生命和经济损失。新生界底部含水层水是矿井突水主要水源之一，直接影响采矿工程的安全和稳定。此外，采矿工程活动产生的顶板裂隙通道也是矿井发生突水的必备条件，是地下工程活动中经常面临且必须解决的重大问题。近年来，许多矿井为提高开采上限在薄基岩区留设防砂安全煤(岩)柱，其保护层主要位于风化带岩层，由于受采动的影响产生了采动导水裂缝，该类裂缝可以导水但一般不会导砂。然而，部分工作面依然发生了突水溃砂事故，例如，2011-07-07赵固一矿11071工作面发生了突水溃砂事故，工作面和两巷共积泥沙3 000 m3左右，最大涌水量为120 m3/h，导致工作面停产1个月，造成巨大的经济损失。分析主要原因是由于在水流作用下，风化岩层裂缝有明显扩展，不仅使导水能力大幅度增大，而且个别位置达到可以导砂的宽度，对此问题的研究以往认识不够。
二维应力作用下岩石单裂隙渗流规律的实验研究
第２１卷第８期 ２００２年８月 岩石力学与工程学报 Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆＲｏｃｋ Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ２１（８）：１ｌ９４～１１９８ Ａｕｇ．，２００２
二维应力作用下岩石单裂隙渗流规律
的实验研究★
刘才华 陈从新 付少兰
（中国科学院武汉岩土力学研究所武汉４３００７１）
摘要在对人工充填砂裂隙进行剪切实验的基础上，分析了剪应力和法向有效应力作用下裂隙岩石的渗流特性，
并提出了二维应力作用下裂隙岩石渗流模型，即剪应力和法向有效应力耦合作用下的渗流公式。
关键词岩体裂隙，剪应力，法向有效应力，渗流模型
分类号ＴＵ ４５２，Ｏ ３５７－３ 文献标识码Ａ 文章编号 １０００・６９１５（２００２）０８・ｌ １９４・０５
１ 前言
岩体渗流不但影响岩体的物理力学性质，而且
对岩体的应力场也有重要影响。许多工程的失稳破
坏与岩体渗流直接相关，如岩质边坡的破坏、地下
洞室与巷道事故、大坝失事等都是由水的渗透破坏
引起的。岩体裂隙的水力学特性受到应力、变形及
裂隙面地质因素的影响，世界范围的一些重大工程
相继失事（如法国的Ｍａｌｐａｓｓｅｔ拱坝初次蓄水发生馈
坝、意大利Ｖａｊｉｏｎｔ拱坝上游左侧的大滑坡），使岩
土工程界开始重视裂隙岩体的水力学性质，并对裂
隙岩体的渗流特性展开了深入的研究。由于应力场
和渗流场是岩体物理地质力学环境中的重要组成部
分，渗流场和应力场的相互作用改造岩体的应力和
变形，从而改变岩体地下水流的特性。因此，许多
学者对应力场和渗流场的耦合作用做了相当多的工
作，特别是对作为裂隙岩体地下水渗流基础的单裂 隙进行了深入而广泛的研究［１￣１２】，并且提出了不同
的裂隙岩体渗流模型。
文［１ ３］采用经验模型来描述渗透性随正应力变
化的公式：
： 。＋｝ （Ｐ－Ｐｏ） （１） Ｌ
Ｊ 式中： 为初始应力 下的渗透系数，２ 为裂隙 开度， 为法向刚度，Ｓ为裂隙间距，尸为实时应
地应力基本概念及测量方法
地应力基本概念及测量方法
应力等因素导致岩体具有初始地应力（或简称地应力）是最具有特色的性质之一。就岩体工程而言，如不考虑岩体地应力这一要素，就难以进行合理的分析和得出符合实际的结论。
岩体应力
天然应力
是指未经人为扰动的，主要是在重力场和构造应力场的综合作用下，有时也在岩体的物理、化学变化及岩浆侵入等的作用下所形成的应力状态，称为岩体天然应力或岩体初始应力，有时也称为地应力。
天然应力构成：
岩体自重自重应力
构造运动构造应力
流体作用静水压力梯度，渗流应力
其他（低温、地球化学作用）
地壳岩体的天然应力状态与人类的工程活动关系极大，它不仅是决定区域稳定性的重要因素，而且往往对各类建筑物的设计和施工造成直接的影响。
比如，地下空间的开挖必然使围岩应力场和变形场重新分布并引起围岩损伤，严重时导致失稳、垮塌和破坏。这都是由于在具有初始地应力场的岩体中进行开挖所致，因为这种开挖荷载通常是地下工程问题中的重要荷载。由此可见，如何测定和评估岩体的地应力，如何合理模拟工程区域的初始地应力场以及正确和合理地计算工程问题中的开挖荷载，是岩石力学与工程问题中不可回避的重要问题。
已有的研究和工程实践表明，浅部地壳应力分布主要有如下的一些基本规律： 地应力是一个具有相对稳定性的非稳定应力场，它是时间和空间的函数。
实测垂直应力基本等于上覆岩层的重量。
水平应力普遍大于垂直应力。
平均水平应力与垂直应力的比值随深度增加而减小，但在不同地区，变化的速度很不相同。
最大水平主应力和最小水平主应力也随深度呈线性增长关系。
最大水平主应力和最小水平主应力之值一般相差较大，显示出很强的方向性。
地应力的上述分布规律还会受到地形、地表剥蚀、风化、岩体结构特征、岩体力学性质、温度、地下水等因素的影响，特别是地形和断层的扰动影响最大。
高应力区
实践表明，在高应力区，地表、地下工程施工期间所进行的岩体开挖工作，往往能在岩体内引起一系列与卸荷回弹和应力释放相联系的变形和破坏现象，其结果是不仅会恶化地基或边坡岩体的工程地质条件，而且作用的本身有时也会对建筑物造成直接的危害。
模拟岩石结构面孔隙率影响因素的试验研究
- 1 - 模拟岩石结构面孔隙率影响因素的试验研究
今天，我们正在讨论模拟岩石结构面孔隙率影响因素的试验研究的重要性。首先，我们需要了解什么是孔隙率以及它如何影响岩石结构特征。
孔隙率是指特定渗透性介质中气体或液体分子所占总体积的比例，是衡量岩石空隙特性的重要指标。它可以直接反映岩石中存在的颗粒规律性、孔隙形状、尺寸分布和气体、液体可达性情况。岩石孔隙率从数值上反映了岩石内部孔隙的排布及大小特征，其高低直接影响岩石的渗流特性，也影响到能源开发的效率和可行性。因此，要深入研究岩石结构面孔隙率影响因素十分重要。
模拟岩石结构面孔隙率影响因素包括物质种类，物质质量，温度，盐度，湿度，气压和水压等。物质种类是指岩石结构中存在的矿物组成，而物质质量是指岩石结构中有机物性质的指标，这两个因素都会直接影响岩石结构的孔隙率。此外，温度、盐度也会直接影响岩石结构的孔隙率，比如高温下的岩石结构会比常温下的岩石结构的孔隙率要低。还有，水压和气压也会对孔隙率产生影响，比如岩石受到极大水压时会发生一些变化，从而导致孔隙率发生变化。
为了深入研究岩石结构面孔隙率影响因素，需要利用模拟实验来进行测试。在进行实验前，首先需要准备一些与岩石结构相关的材料，比如土块、石灰岩、碳酸盐岩、砂岩和煤等，接着还需要准备一些相关的设备，比如压力容器、电子天平和过滤器等，用于测试岩石结构的孔隙率。 - 2 - 在精确测试模拟实验后，我们可以得出以下结论：物质种类、物质质量、温度、盐度、湿度、气压和水压等因素都会直接影响岩石结构面孔隙率，其中，物质种类和物质质量是影响最为显著的因素。
同时，我们还可以利用遗传算法等优化技术，以分析岩石结构的孔隙率影响因素的变化规律，并根据建立的模型，利用这些因素优化岩石结构面的孔隙率。
以上是关于模拟岩石结构面孔隙率影响因素的试验研究的简单介绍，它不仅可以有效提高岩石结构的孔隙率，而且还能有效改善岩石结构的渗流特性，从而更好地满足能源开发的需求。在今后的工作中，我们将继续深入研究岩石结构面孔隙率影响因素的试验研究，期待能够取得更多的成果。
基于CT的岩石三维裂隙定量表征及扩展演化细观研究
Vol.42 No. 10Oct. 2021第42卷第10期2021年10月岩 土 力 学Rock and Soil Mechanics
DOI： 10.16285/j.rsm.2021.0339
基于CT的岩石三维裂隙定量表征及
扩展演化细观研究
张艳博徐跃东】，2,刘祥鑫1，2,姚旭龙"，王 帅1,2,
梁 鹏1，2,孙 林1.2,田宝柱1,2
(1.华北理工大学矿业工程学院，河北唐山063210； 2.华北理工大学河北省矿、lk开发与安全技术重点实验室，河北唐山063210)
摘 要：岩石破裂是裂纹萌生、扩展演化直至贯通的过程，为了研究受载岩石发生变形破坏时其内部裂纹动态扩展演化过程， 利用工业CT对岩石破裂过程进行阶段性观测扫描，通过CT图像堆栈矢量化处理构建岩石三维裂隙模型，并对裂纹结构特 征参数进行统计分析，定量化表征岩石破裂过程中裂纹扩展情况。在此基础上，提取裂纹扩展路径上的局部破坏形态特征， 结合岩矿鉴定试验进行细观尺度分析研究。研究结果表明：利用裂隙体积卩、表面积S及分形维数Q等参数可以将•:维裂隙 扩展过程量化，且参量呈现基本不变一小幅增大一大幅激增的变化规律：CT切片图像中裂纹面积可以表征岩石局部裂纹扩 展特征，且与同阶段三维裂隙的扩展演化特征相对应；岩石细观结构对裂隙扩展影响较大，裂隙扩展遇到砾石将形成绕砾扩 展、穿砾扩展及分叉扩展3种方式。该研究成果将为岩石失稳破坏、工程岩体致灾预警工作提供研究基础。关键词：CT扫描；裂纹演化；三维重构；量化表征；扩展特征 中图分类号：TU 45 文献标识码：A 文章编号：1000—7598(2021) 10—2659—13
Quantitative characterization and mesoscopic study of propagation and
evolution of three-dimensional rock fractures based on CT