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)

岩体周围的应力场和渗流场存在着耦合效应。裂隙岩体渗流场与应力场的耦合问题是许多工程领域如采矿工程、核废料处理、水利水电工程、边坡工程等急需解决的课题[1-6]。因此揭示研究裂隙岩体渗流与应力耦合作用的是十分重要和迫切的。而单裂隙面渗流与应力耦合特性的研究是这一重要课题的最基础的一个研究环节[7-10]。

在单裂隙面渗流与应力的耦合特性方面,学者们沿着不同的思路进行研究,主要可以概括以下三种[11-12]:

①直接通过试验探求渗透性与应力的经验公式;②利用单裂隙面的水流规律和单裂隙面的变形规律,间接地推导出渗透性与应力的关系;③试图提出某种理论概念模型来解释渗流与应力的耦合规律。

本实验的基本思路就是采用的上述提到的第二种。本次单裂隙渗流试验依托北京科技大学“金属矿山高效开采及安全”教育部重点实验室完成。

1 岩石取样和备置

试验岩芯取自石嘴山一二矿西区3#煤层顶板。当岩芯取出后进行编号、岩芯鉴定和蜡封处理,然后将送到实验室,按国际岩石力学试验建议方法 (ISRM)和我国水电部颁布标准,对岩样进行加工,其中:渗透试验岩样,Φ=50mm,H=90～100mm,粗砂岩,如图1所示。

2 实验内容和步骤

本实验通过微机控制电液伺服岩石三轴试验机 (图2),给含有单裂隙裂缝的岩石试样施加围压和水压,并检测在不同围压、水压情况下,渗流量随时间的变化情况。……