基于顆粒流的破碎巖體間潰砂試驗及數(shù)值模擬.pdf

1、本文以榆神府地區(qū)薄基巖淺埋深的特殊地質(zhì)條件為原型，概化了垮落帶破碎巖體間潰砂的工程地質(zhì)模型，確定了影響潰砂的基本因素。采用自行設(shè)計的潰砂裝置對破碎巖體空隙間顆粒流動進行了研究，歸納總結(jié)出潰砂運動方程，同時應用數(shù)值模擬的手段深入揭示了潰砂內(nèi)部的運動特征。主要結(jié)論如下：
　?。?）分析了陜北礦區(qū)的區(qū)域概況、地層條件、工程地質(zhì)條件和水文地質(zhì)條件，得出上覆基巖破碎巖體間的裂隙通道和松散層風積砂是潰砂災害發(fā)生的主要因素。針對礦區(qū)垮落帶潰砂，

2、認為井下潰砂通道主要是切落裂縫或破碎巖體裂隙等空隙，物源為地表風積砂及上覆松散砂層含水層。
　?。?）采用自行設(shè)計研制的室內(nèi)潰砂模型，選定顆粒粒徑、松散層厚度、破碎巖塊直徑、垮落帶高度為潰砂因素并進行試驗設(shè)計。試驗發(fā)現(xiàn)：在一定高度試驗圓筒內(nèi)的砂體處于靜力平衡狀態(tài)，砂體下降保持勻速，松散層的厚度對潰砂速度無影響?？迓鋷r塊對潰砂有阻擋作用，潰砂速度隨著巖塊層數(shù)增加呈現(xiàn)遞減的趨勢，滿足回歸方程為反比例函數(shù)關(guān)系，并且計算出球狀巖塊受力分

3、布規(guī)律以及潰砂通道對顆粒阻擋作用分布。通過方差分析得出巖塊直徑和顆粒粒徑對潰砂速度有高度顯著影響，而且前者更加顯著，并歸納出以巖塊直徑3次冪和顆粒粒徑1次冪的比值做綜合指標，潰砂速度隨綜合指標表現(xiàn)為底數(shù)大于1的對數(shù)函數(shù)關(guān)系。最后得出潰砂速度關(guān)于顆粒粒徑、巖塊直徑、垮落帶巖塊層數(shù)的綜合方程。
　?。?）在數(shù)值模擬中發(fā)現(xiàn)潰砂經(jīng)歷顆粒間壓密、砂體勻速下降、垮落帶內(nèi)紊流和自由下落四個運動階段，潰砂速度在第一階段加速增大后減速回落，速度曲線