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Non-Darcy flow seepage characteristics of saturated broken rocks under compression with lateral constraint

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International Journal of Mining Science and Technology 2016年第6期26卷 1145-1151页

作者： yu bangyong Chen Zhanqing Ding Qile Wang Luzhen State Key Laboratory for Geomechanics and Deep Underground Engineering China University of Mining and Technology School of Mines China University of Mining and Technology Civil Engineering Department Yancheng Institute of Technology

Using an MTS816.03 test system and self-designed seepage apparatus, seepage tests of saturated broken rocks were conducted, and the influence of lithology, axial stress, grain size distribution and loading rate on seepage characteristics was analyzed. The results show that：（1） Under the same axial stress （12 MPa）, the permeability of different lithologic samples increases in the order： gangue 〈 mudstone 〈 sandstone 〈 limestone. The permeability of gangue is 3 magnitudes lower than that of limestone. The absolute value of the non-Darcy coefficient β increases in the order： limestone 〈 sandstone 〈 mudstone 〈 gangue. The non-Darcy coefficient β of limestone, which is positive, is 5 magnitudes lower than that of gangue. （2） With increasing axial stress, the permeability of saturated broken sandstone decreases, and the absolute value of the non-Darcy coefficient β increases. After the axial stress exceeds 12 MPa, the curves of permeability and non-Darcy coefficient β all tend to be stable. （3） With increasing Talbol power exponent, the permeability increases, and the absolute value of the non-Darcy coefficient β decreases. （4） With increasing loading, the permeability increases, and the absolute value of the non-Darcy coefficient β decreases. When the loading rate is 0.5 kN/s, the non-Darcy coefficient β is positive.

关键词： Saturated broken rocks Seepage test Permeability Non-Darcy coefficient β

Experimental investigation on dilatancy behavior of water-saturated sandstone

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International Journal of Mining Science and Technology 2018年第2期28卷 323-329页

作者： Jiangyu Wu Meimei Feng bangyong yu Wenli Zhang Xiaoyan Ni Guansheng Han State Key Laboratory for Geomechanics & Deep Underground Engineering China University of Mining & Technology School of Mechanics & Civil Engineering China University of Mining & Technology Institute of Construction Engineering Technology Changzhou Vocational Institute of Engineering

It is important to study the dilatancy property of water-saturated rock for understanding the engineering behavior of loaded rock mass. This study carried out the uniaxial and triaxial compressive experiments on the water-saturated red sandstone, analyzed the influences of confining pressure and pore pressure on dilatancy property of water-saturated rock, and discussed the reasonable basis of the stress of dilatancy onset as a strength design parameter of rock engineering, finally established the prediction model of the stress of dilatancy onset under the impacts of confining pressure and pore pressure. The results show that the strength parameters(the stress of dilatancy onset and peak strength) and deformation parameters(axial strain and circumferential strain) of water-saturated sandstone increase with the confining pressure, and the relations can be fitted with a positive linear function. The cohesion and internal friction angle obtained from the stress of dilatancy onset decrease by 11.57% and 7.33%, respectively, when compared with those obtained from the peak strength. The strength parameters and deformation parameters of water-saturated sandstone decrease basically with the increase of pore pressure, in which the relations between strength parameters or axial strain and pore pressure can be fitted with a negative linear function. However, the relation between the peak circumferential strain and the pore pressure should be characterized by a negative exponential function, and the circumferential strain at dilatancy onset isn't affected by the pore pressure.

关键词： Rock mechanics Dilatancy behavior Confining pressure Pore pressure Water-saturated

Safety analysis of building foundations over old goaf under additional stress from building load and seismic actions

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International Journal of Mining Science and Technology 2014年第5期24卷 713-718页

作者： Xu Ping Mao Xianbiao Zhang Minxia Zhou yuejin yu bangyong State Key Laboratory for Geomechanics & Deep Underground Engineering China University of Mining & Technology School of Civil Engineering Henan Polytechnic University

Additional displacement of the building foundations over old goaf are prone to happen under the addi- tional loads induced by new buildings, weakening-rock mass by mining and seismic actions, which will cause serious damage to the buildings. In order to analyze the safety of the building foundations safety over the old goaf. the structure characteristics of the strata over the old goaf was investigated and the instability conditions of overhanging rocks upon old goaf were also analyzed in this paper. The results indicate that the stability of overhanging rocks is remarkably decreased by the interactions of mining fractures, earthquake force and building load, in addition, the settlement of the foundations over old goal is increased by the instability of overhanging rocks. According to the location of a new power plant in Yima Mine and its ambient conditions, we defined the influence scope of old goal via resistivity tomography. Based on the seismic parameters of the construction site, a numerical FLAC3d model of the building foundation under the seismic actions and building load was developed. The numerical results are obtained as follows： the foundation of the main power house meets the requirement of 6° seismic fortification intensity： however, under 7° seismic fortification intensity, the maximum differential settlement of foundation between the neighboring pillars is close to the maximum allowable value, while the seismic fortification intensity reaches 8°, but the safety requirements will not be satisfied.

关键词： Seismic actions Additional stress Old goaf Foundation Settlement

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采动岩体渗流力学研究进展

西南石油大学学报（自然科学版） 2015年第3期37卷 69-76页

作者：陈占清郁邦永 "深部岩土力学与地下工程"国家重点实验室.中国矿业大学(徐州) 江苏徐州221116

采动岩体渗流力学是建立在渗流失稳假说基础上的学科。介绍了采动岩体渗流力学的工程背景、数学基础以及采动岩体渗流力学的几个研究方向。从实验研究、非线性行为和复杂行为3个方面介绍了采动岩体渗流力学的研究进展,并对采动岩体渗流... 详细信息

采动岩体渗流力学是建立在渗流失稳假说基础上的学科。介绍了采动岩体渗流力学的工程背景、数学基础以及采动岩体渗流力学的几个研究方向。从实验研究、非线性行为和复杂行为3个方面介绍了采动岩体渗流力学的研究进展,并对采动岩体渗流力学的发展趋势进行了展望。认为,采动岩体渗流力学具有极大的发展潜力,随着能源结构的变化,煤炭资源开采的环保要求更加苛刻,采动岩体渗流力学面临的挑战更加严峻。因此,采动岩体渗流力学实验研究对象将进一步扩大;当代数学理论在采动岩体渗流力学中将得到越来越广泛的应用;采动岩体渗流系统复杂性行为研究将不断深入;微分动力系统定性理论的应用将促使采动岩体渗流力学成为一门特色鲜明的学科;时变边界采动岩体渗流系统的研究将推动采动岩体渗流力学走向成熟。

关键词：采动岩体渗流力学研究进展发展趋势

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胶结破碎泥岩渗透性试验研究

采矿与安全工程学报 2015年第5期32卷 853-858页

作者：郁邦永陈占清吴宇张少波郁林利中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室江苏徐州221116 中国矿业大学力学与建筑工程学院江苏徐州221116

在水流的溶蚀、磨蚀和冲蚀作用下,陷落柱内部胶结结构发生破坏并伴有质量流失,当水流作用持续到一定时间,渗流将发生失稳。为了揭示陷落柱的突水机理,利用自主研制的渗透试样压制装置和破碎岩石渗透试验系统进行了胶结破碎泥岩渗透试验... 详细信息

在水流的溶蚀、磨蚀和冲蚀作用下,陷落柱内部胶结结构发生破坏并伴有质量流失,当水流作用持续到一定时间,渗流将发生失稳。为了揭示陷落柱的突水机理,利用自主研制的渗透试样压制装置和破碎岩石渗透试验系统进行了胶结破碎泥岩渗透试验,分析了胶结物质、渗透压力、破碎泥岩粒径分布和初始孔隙度对胶结破碎泥岩渗透性的影响。研究表明:1)随着胶结强度的增大,渗流失稳历时变长;采用水泥做胶结剂时,试样中渗透流量趋于稳定,不发生失稳。2)失稳历时随渗透压力按指数函数减小。3)随着Talbol幂指数的增大,试样中大颗粒增多,阻隔水能力增强。4)随着初始孔隙度的增大,试样渗透性增强,渗流失稳历时随初始孔隙度按指数函数减小。

关键词：陷落柱胶结破碎泥岩渗透性渗流失稳

级配饱和破碎岩石压缩变形与分形特性试验研究

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采矿与安全工程学报 2016年第2期33卷 342-347页

作者：郁邦永陈占清吴疆宇中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室江苏徐州221116 中国矿业大学力学与建筑工程学院江苏徐州221116

综合利用MTS816.03试验系统与自制的破碎岩石压缩装置进行了不同岩性饱和破碎岩石的压缩试验,分析了岩性、轴向应力、粒径配比和加载速率4种影响因素下试样的压缩变形与分形特性。得出以下结论：1）矸石、泥岩和砂岩试样的压缩过程相似... 详细信息

综合利用MTS816.03试验系统与自制的破碎岩石压缩装置进行了不同岩性饱和破碎岩石的压缩试验,分析了岩性、轴向应力、粒径配比和加载速率4种影响因素下试样的压缩变形与分形特性。得出以下结论：1）矸石、泥岩和砂岩试样的压缩过程相似且可分为2个阶段,即为0~4MPa的快速变形阶段和4 MPa后的缓慢变形阶段;而灰岩试样的压缩过程变形速率均匀。2）在相同粒径配比条件下,随着轴向应力的增大,砂岩分形维数单调增大,岩石颗粒破碎程度加剧。轴向应力与分形维数之间关系可用指数函数拟合。3）在试样压缩过程中,Talbol幂指数越大,试样轴向位移越大;加载速率越大,试样轴向位移越小。4）在12 MPa轴向应力下,Talbol幂指数越大,试样压缩后的分形维数增量越大,被压碎的岩石颗粒越多;加载速率越大,试样分形维数越大,破碎程度越低。

关键词：粒径配比饱和破碎岩石压缩变形分形维数

承压饱和破碎岩石颗粒破碎及渗透率演化特征研究

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采矿与安全工程学报 2020年第3期37卷 632-638页

作者：郁邦永潘书才魏建军岳翎郭静那常州工程职业技术学院建筑工程学院江苏常州213164 中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室江苏徐州221116

为探求破碎岩体颗粒破碎及渗透率演化规律,对饱和破碎岩石进行侧向受限下的压缩和渗透试验,利用显微CT观察试样内部的孔隙结构形态,引入相对破碎率定量研究岩石颗粒的破碎规律,并分析其与孔隙度和渗透率之间的关系。试验结果表明,颗粒... 详细信息

为探求破碎岩体颗粒破碎及渗透率演化规律,对饱和破碎岩石进行侧向受限下的压缩和渗透试验,利用显微CT观察试样内部的孔隙结构形态,引入相对破碎率定量研究岩石颗粒的破碎规律,并分析其与孔隙度和渗透率之间的关系。试验结果表明,颗粒破碎在压实过程中普遍存在并持续改变试样的粒度分布,在轴向应力达到2 MPa时,细小颗粒(0~2.5 mm)大量出现,占最终增加量的44.6%,同时大颗粒(12~15 mm)明显减少,占最终减小量的45.1%;而应力升至12 MPa后,小颗粒(0~2.5 mm和2.5~5 mm)小幅变化,其余各粒径区间内岩石颗粒的质量变化微弱。相对破碎率和渗透率的变化范围分别为0~0.3693和3.48×10-14~67.16×10-14m2,且两者的变化过程均可分为2个阶段,即当轴向应力小于4 MPa时,相对破碎率快速增大,占总增幅的65.6%~74.1%,渗透率快速减小,占总降幅的84.4%~91.1%;而当轴向应力大于4 MPa时,相对破碎率缓慢增大并趋于稳定,渗透率缓慢减小并趋于稳定。渗透率与相对破碎率之间关系可用二次多项式函数拟合,相对破碎率可作为评估渗透率的有效参量。初始粒径配比对渗透率有明显影响,在相同轴向应力下,Talbot指数越大,渗透率越小;而初始粒径配比对相对破碎率几乎无影响。

关键词：饱和破碎岩石粒度分布相对破碎率渗透率初始粒径配比

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溶蚀作用对破碎泥岩渗透特性的影响

哈尔滨工业大学学报 2019年第2期51卷 117-125页

作者：吴疆宇冯梅梅陈占清郁邦永韩观胜深部岩土力学与地下工程国家重点实验室(中国矿业大学) 江苏徐州221116 中国矿业大学力学与土木工程学院江苏徐州221116

为研究溶蚀作用对破碎岩石渗透特性的影响,研制一种可测量质量流失条件下破碎岩石渗透特性的试验系统.在破碎泥岩的渗透试验中掺入岩盐模拟自然条件下存在的溶蚀现象,加速溶蚀过程.讨论溶蚀作用下破碎泥岩渗透特性的演化规律,分析溶蚀... 详细信息

为研究溶蚀作用对破碎岩石渗透特性的影响,研制一种可测量质量流失条件下破碎岩石渗透特性的试验系统.在破碎泥岩的渗透试验中掺入岩盐模拟自然条件下存在的溶蚀现象,加速溶蚀过程.讨论溶蚀作用下破碎泥岩渗透特性的演化规律,分析溶蚀作用下渗透压力、岩盐质量和泥岩颗粒粒径对破碎泥岩渗透特性的影响.结果表明:溶蚀作用导致破碎岩石内易溶物质和细小颗粒的流失极易破坏岩样内部的孔隙结构和骨架结构,由此造成结构内部导水通道的扩大和渗透参数的突增.其渗透参数基本与渗透压力、岩盐质量和泥岩颗粒粒径呈正相关关系.且对于渗透压力较大、岩盐质量较高和泥岩颗粒粒径较大的岩样,由于溶蚀作用的存在容易发生更明显的导水通道扩大现象.此外,在岩样的渗流过程中,也存在由于颗粒迁移导致的导水通道堵塞造成的渗透参数逐渐减小的现象.

关键词：渗流破碎岩石溶蚀质量流失颗粒迁移

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饱和破碎砂岩压实过程中粒度分布及能量耗散

采矿与安全工程学报 2018年第1期35卷 197-204页

作者：郁邦永陈占清戴玉伟徐苗苗魏建军常州工程职业技术学院建筑工程学院江苏常州213164 中国矿业大学力学与土木工程学院江苏徐州221116

分别对不同级配(Talbot指数为0.2,0.4,0.6和0.8)侧向受限饱和破碎砂岩进行压缩,利用显微CT观察了试样内部孔隙结构的变化规律;基于分形理论,定量研究了粒度分布特征;通过计算应变能密度,分析了能量耗散特征。结果表明,在16 MPa轴向应力... 详细信息

分别对不同级配(Talbot指数为0.2,0.4,0.6和0.8)侧向受限饱和破碎砂岩进行压缩,利用显微CT观察了试样内部孔隙结构的变化规律;基于分形理论,定量研究了粒度分布特征;通过计算应变能密度,分析了能量耗散特征。结果表明,在16 MPa轴向应力下,轴向应变为0.304 5~0.324 1;在压实初期,试样结构松散,颗粒间接触不稳定,孔隙尺寸较大且联通性好;而在压实后期,试样密实,孔隙形状多为稳定的三角形。粒度分布具有分形特征,分形维数范围为1.733 1~2.561 0。当轴向应力为0~4 MPa时,颗粒破碎发生急剧,分形维数快速增大;而在4 MPa后,颗粒破碎发生较少,分形维数缓慢增大。变形引起的能量耗散随着轴向应变和分形维数的增大而加速增大,当轴向应变大于0.17或分形维数大于2.1后,应变能密度急剧增大。初始粒径配比对粒度分布和能量耗散均有影响,相同轴向应力下,Talbot指数越大,分形维数越小;相同轴向应变下,Talbot指数越大,应变能密度越小。

关键词：饱和破碎砂岩孔隙结构粒度分布分形理论应变能密度