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地下工程中破碎岩体往往处于三向应力状态,此类岩体具有孔隙率大、渗透性高等特点,在地应力与高水头作用下易发生渗流失稳破坏,诱发突水灾害。为研究三轴应力下破碎砂岩的渗透特性,运用自主研发的破碎岩石三轴渗流试验系统,采用稳态渗透法进行5种粒径破碎砂岩的渗流试验,得到了三轴应力下破碎砂岩渗透特性变化规律,推导了有效应力与渗流速度之间的关系。试验结果表明：三轴应力下破碎砂岩的有效应力与渗流速度呈线性关系,且轴向位移越大时,随有效应力的增加渗流速度减小的幅度越小;三轴应力下5种粒径破碎砂岩的孔压梯度与渗流速度服从Forchheimer关系,两者之间的相关系数达0.95以上;轴向位移恒定时,随着围压的增大,破碎砂岩渗透率k减小,非Darcy流β因子增大,各级轴向位移下,破碎砂岩的渗透率与围压之间呈指数函数关系;随着孔隙率的减小,5种粒径的破碎砂岩渗透率呈减小趋势,非Darcy流β因子整体增大,且渗透率量级为10-14～10-11 m2,非Darcy流β因子的量级为106～1012 m-1。 相似文献
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加载历程对配径碎煤渗透特性影响的试验研究 总被引：1，自引：0，他引：1
为了证实加载历程对破碎煤样渗透特性的影响,利用一套由齿轮泵、换向阀、溢流阀和渗透仪等组成的渗透回路,在CMT5305型电子万能试验机试验系统上测试了配径碎煤在两种不同试验方案下的渗透特性,得到了两种方案配径碎煤的渗流速度、渗透率、非Darcy流? 因子与孔隙度的关系。研究表明：①第1种试验方案的渗流速度和渗透率与孔隙度的关系用幂函数拟合,第2种试验方案的渗流速度和渗透率与孔隙度的关系可用指数函数拟合。②孔隙度较大时,渗透率和非Darcy流? 因子与加载历程有关;孔隙度较小时,渗透率和非Darcy流? 因子趋于稳定,与加载历程无关。③随着孔隙度的减小,方案1非Darcy流? 因子由负变正,配径碎煤的渗透性加强;方案2非Darcy流? 因子始终为负值,配径碎煤的渗透性减弱。④两种方案的非Darcy流? 因子与孔隙度均可采用三次多项式拟合,多项式的系数与加载历程有关。 相似文献
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岩溶陷落柱是内部结构杂乱无章的特殊地质构造,易成为隐伏于煤层底板下的垂向导水通道,是华北地区石炭二叠系煤田的重大安全隐患。在采动影响下,底板隐伏陷落柱的突水通道通常由底板破坏带和陷落柱共同组成,为了研究其渗流突变机制,利用自行研制的破碎岩体渗透性试验系统,对不同底板破坏带条件下,隐伏陷落柱的渗流特性进行了试验研究。研究结果表明：渗流突变发生的根本原因是大颗粒流失导致破碎岩体孔隙结构改变;发生渗流突变时,流速随渗流边界孔隙直径的增大而增大,同时试样的初始孔隙度均大于0.21;未发生渗流突变时,渗流边界对渗流无显著影响,并且试样的渗透率随孔隙度的增大而增大,渗透率比和孔隙度比存在幂函数关系;非Darcy流 因子为负是渗流突变发生的充分必要条件,非Darcy流 因子的大小决定渗流突变的剧烈程度。 相似文献
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岩石流-固耦合实验研究 总被引：1，自引：0，他引：1
应力与岩石的变形破坏和渗透特性关系密切。实验结果显示,一方面,岩石破坏前后其渗透性达到最大,渗透率变化与岩石性质有关,砂岩的变化服从指数函数关系,泥质砂岩、砂质泥岩或者泥岩服从抛物线型函数关系;另一方面,在大多数情况下,应力变化仅导致岩石微小变形而并未破坏。渗透性随有效应力变化,并且与岩石空隙形状有关,岩石空隙形状包括三重孔隙介质,分别为基质孔隙、裂缝孔隙和管道状孔隙。裂缝性岩心的渗透率和孔隙度损失较孔隙性岩心、毛细管型岩石损失大,渗透率的变化总是大于孔隙度的变化。孔隙岩块的孔隙度和渗透率随有效应力的变化关系符合指数型数学模型,裂缝型岩石宜用幂指数型数学模型描述,毛细管型岩石则用二次抛物线数学模型描述较为恰当。 相似文献
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铀矿堆浸,溶浸液在铀矿堆中的渗流对浸出效果有非常重要的影响,研究堆浸铀矿堆的渗透特性,对改善铀矿堆浸效果具有重要的意义。采用取自我国南方某铀矿山的堆浸铀矿石,配制10组不同粒径分维数的试样,利用自制的饱和渗流试验装置,对其液体饱和渗流的规律进行试验研究,获得相应的渗透率和流态指数。利用试验结果,分析粒径分维数对渗透率的影响。采用支持向量机（SVM）模型,以粒径分维数和孔隙率作为输入量,建立渗透率和流态指数预测模型。结果表明,（1）在文中试验条件下,堆浸铀矿堆的液体饱和渗流遵循非Darcy指数定律,流态指数在1.1～1.5之间,且渗透率随着粒径分维数的增加而逐渐减小;（2）渗透率的SVM预测模型和流态指数的SVM 预测模型给出预测值的相对误差分别低于8%和7%,可以满足工程应用的要求。 相似文献
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岩石变形破坏过程中渗透率演化规律的试验研究 总被引：12，自引：5，他引：7
利用伺服试验机对灰岩和砂岩进行了应力应变全过程渗透性试验,研究了岩样变形和破坏过程中的轴向应变与渗透率之间的关系,分析了岩样环向应变对渗透率的影响规律,探讨了岩样变形破坏前后渗透压差随时间的变化关系。结果表明,岩样渗透率与应力状态密切相关,渗透率的峰值滞后或超前于应力应变峰值,这与岩石介质本身的特性有关;渗透率-环向应变曲线与渗透率-轴向应变曲线有相同的变化趋势,但岩石环向变形比轴向变形更能灵敏地反映渗透率的演化规律;岩样变形破坏峰值前后的渗透压差与时间均遵循负指数关系。最后对岩石变形破坏过程中的渗透机理作了讨论。 相似文献
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付小凤 《水文地质工程地质》2017,(6):83-83
为探究渗流-应力耦合作用下岩石内部微元体的损伤演化特征,对取自某矿井的砂岩进行了三轴渗透及声发射试验。研究结果表明:砂岩的渗透率变化历经降低、动态平衡、快速增加以及略微回落四个阶段;声发射现象呈阶段性变化特征,随着围压的升高,声发射最大值越滞后;基于柱状分形理论得到的分形特征表明,分形维数逐渐降低,表明砂岩内部损伤经历了一个从无序到有序的变化趋势,分形维数突变点的出现,可作为砂岩即将失稳破坏的前兆;渗流-应力耦合作用下砂岩的损伤值呈指数型函数增加,渗透损伤Ds主要集中于屈服阶段之后,渗透损伤与总损伤的比值随围压的升高呈线性减小;应力加载是损伤产生的主要因素,渗透作用为次要因素;分形维数df与损伤D、渗透损伤Ds之间呈良好的负指数型函数关系。 相似文献
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岩石破碎过程涉及到多个变量（应力、应变和孔隙率等）变化和裂纹的产生、拓展和聚集，是研究岩石破碎机制的重要途径。为了克服现有研究中岩石颗粒模型未考虑岩石内部特征问题，针对岩石内部颗粒非均匀分布、聚集的特点，开展了岩石轴压破碎试验和岩石岩相分析试验，并在此基础上，构建符合真实岩石内部特征的多尺度内聚颗粒模型。根据离散元的颗粒黏结模型（BPM）理论，求解了多尺度内聚颗粒模型不同粒级颗粒间黏结键的力学关系，发现与二级颗粒形成的黏结键断裂判据为 ≥ 2 GPa，三级颗粒之间形成的黏结键断裂判据为 ≥ 6 GPa，并基于该判据建立了用于模拟颗粒模型破碎的演化模型。通过模拟轴压破碎试验，破碎演化模型可以从细观角度得到颗粒模型各颗粒间黏结键承受力的实时变化和岩石破碎过程中黏结键从外而内的断裂顺序；从宏观角度得到岩石内部裂纹呈V形从上表面两端延伸并相交于岩石中部。通过与岩石轴压破碎试验结果对比发现，模拟试验得到的岩石裂纹特征与岩石轴压破碎试验结果相似，验证模型的可靠性，实现了从细观和宏观角度分析岩石破碎过程。 相似文献
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煤矿开采面临的水文地质条件越来越复杂,尤其是遭遇承压含水层的水压力越来越大,突水灾害发生时必然会带来高水力梯度引起的破碎岩体突水通道内高速非线性渗流问题。据此,研制高水力梯度（最大600）条件下堆积型多孔介质中高速非线性渗流试验装置,采用堆积型钢球模拟破碎岩体,对粒径为1、2、3、4、5、6 mm共6种光滑钢球分别开展了一维均质圆柱渗流试验。试验结果表明：对于由1～6 mm钢球堆积而成的孔隙率为0.44～0.45的多孔介质,当水力梯度大于145时,通过分析水力梯度-平均流速（J-v）曲线和水力梯度-雷诺数（J-Re）关系曲线,将流动状态划分为3个模式：线性层流、非线性层流、紊流,并获得了从线性层流过渡到非线性层流的临界流速为0.23～0.78 cm/s、临界水力梯度为3～8;从层流到紊流转捩的临界流速为1.6～4.8 cm/s、临界水力梯度为90～145。从小粒径多孔介质到大粒径多孔介质的渗流过程中,临界流速越来越大,而临界水力梯度逐渐减小。 渗透率与粒径的平方、非达西流影响系数与粒径的倒数均呈线性正相关,非达西流影响系数随着渗透率的增加呈指数减小。该研究对多孔介质非线性渗流的理论研究以及实际工程中高承压含水层突涌水问题有重要借鉴意义。 相似文献
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Xiaoyan Ni Pinnaduwa H. S. W. Kulatilake Zhanqing Chen Peng Gong Hailing Kong 《Geotechnical and Geological Engineering》2016,34(6):1835-1846
A study was conducted to investigate non-Darcy flow for sandstone using an experimental system designed and constructed by the research group. Non-Darcy flow was found to exist for both the pre-peak and post-peak strains; post-peak flow behavior showed a higher level of non-Darcy flow. In addition, the post peak permeability turned out to be about 2–3 times that of the pre-peak permeability. This sudden change in permeability that occurs when sedimentary rock masses around underground excavations develop new fractures may lead to water inrush in coal mines. All three non-Darcy permeability parameters showed significant changes between the pre-peak and post peak strains. The main reason for that is the formation of new cracks around and after the peak stress. Relations are developed among the three non-Darcy permeability parameters. 相似文献
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软土在低水力坡降下的渗流会偏离达西定律,即为非达西渗流模式。假设孔隙水渗透服从指数渗流模式,采用镜像法原理推导了浅埋单孔和双孔圆形隧道非达西渗流场的解析解。结合算例,对浅埋圆形隧道非达西渗流解析解与达西渗流解析解进行了对比分析与验证,并对非达西渗流指数、隧道周围土体与衬砌渗流系数比值对隧道渗流场的影响进行了讨论。结果表明：非达西渗流指数、渗流系数比值对隧道渗流量和周围土体孔压均有较大的影响;随着渗流指数逐渐增大,土体内水头损失加快,隧道周围土体孔压及渗流量逐渐减小;随着土体与衬砌渗流系数比值逐渐增大,衬砌排水能力增强,隧道渗流量逐渐增大,隧道周围土体孔压减小更大。 相似文献
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在室内低速渗流实验的基础上,采用恒压测试法,对成藏条件下石油在低渗透砂岩中的运移渗流规律及影响因素进行了研究。结果表明：(1)石油在低渗透砂岩中低速渗流时存在着启动压力梯度,非达西渗流特征明显。(2)低渗透砂岩中石油非达西渗流曲线主要有两种基本类型,视流度≤1时,非达西渗流曲线表现为上凹型曲线;视流度＞1时,表现为变性达西流曲线。(3)低渗透砂岩的物性、石油性质以及它们的相互作用对渗流曲线的位置、非线性段的曲率和变化范围以及直线段在压力梯度轴的截距具有重要影响。(4)随着低渗透砂岩渗透率的降低和石油粘度的增加或视流度的减小,石油在低渗透砂岩储层的非达西渗流特征更加明显。 相似文献
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Maziar Veyskarami Amir Hossein Hassani Mohammad Hossein Ghazanfari 《Computational Geosciences》2018,22(1):329-346
The network modeling approach is applied to provide a new insight into the onset of non-Darcy flow through porous media. The analytical solutions of one-dimensional Navier-Stokes equation in sinusoidal and conical converging/diverging throats are used to calculate the pressure drop/flow rate responses in the capillaries of the network. The analysis of flow in a single pore revealed that there are two different regions for the flow coefficient ratio as a function of the aspect ratio. It is found that the critical Reynolds number strongly depends on the pore geometrical properties including throat length, average aspect ratio, and average coordination number of the porous media, and an estimation of such properties is required to achieve more reliable predictions. New criteria for the onset of non-Darcy flow are also proposed to overcome the lack of geometrical data. Although the average aspect ratio is the main parameter which controls the inertia effects, the effect of tortuosity on the onset of non-Darcy flow increases when the coordination number of media decreases. In addition, the higher non-Darcy coefficient does not essentially accelerate the onset of inertial flow. The results of this work can help to better understand how the onset of inertial flow may be controlled/changed by the pore architecture of porous media. 相似文献
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More and more experimental results show that Darcy’s law is not fully applicable in low permeability media,and non-Darcy flow has been identified.In this paper we reviewed the research of non-Darcy flow experiments in low-permeability media in recent decades,discuss the existence of non-Darcy flow,and summarize its constitutive equations.The reasons for the threshold gradient were also discussed and summarized for the criterion of the critical point of non-Darcy flow.On this basis,the future development of non-Darcy flow experiments in the rock and clay media were discussed,in order to provide a certain reference for subsequent research on seepage laws in low permeability media. 相似文献
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A novel two-dimensional mixed fracture–pore seepage model for fluid flow in fractured porous media is presented based on the computational framework of finite-discrete element method (FDEM). The model consists of a porous seepage model in triangular elements bonded by unbroken joint elements, as well as a fracture seepage model in broken joint elements. The principle for determining the fluid exchange coefficient of the unbroken joint element is provided to ensure numerical accuracy and efficiency. The mixed fracture–pore seepage model provides a simple but effective tool for solving fluid flow in fractured porous media. In this paper, examples of 1D and 2D seepage flow in porous media and porous media with a single fracture or multiple fractures are studied. The simulation results of the model match well with theoretical solutions or results obtained by commercial software, which verifies the correctness of the mixed fracture–pore seepage model. Furthermore, combining FDEM mechanical calculation and the mixed fracture–pore seepage model, a coupled hydromechanical model is built to simulate fluid-driven dynamic propagation of cracks in the porous media, as well as its influence on pore seepage and fracture seepage.
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