矿山采动岩体非线性渗流试验、模型与工程应用
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作者杨天鸿
出版社冶金工业出版社
ISBN9787502462833
出版时间2020-09
装帧平装
开本16开
定价149元
货号11265239
上书时间2024-07-03
商品详情
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作者简介
杨天鸿,1968年出生,辽宁抚顺人,教授,博士导师。1991年毕业于中国矿业大学水文地质专业,1998年煤炭科学研究总院安全科学技术硕士毕业,2001年东北大学工程力学博士毕业。东北大学辽宁省采矿工程重点实验室副主任,获辽宁省第五届青年科技奖。曾到香港大学、西澳大学访问交流。
目录
0绪论101研究背景与意义102国内外研究现状2021非Darcy渗流理论方程研究现状2022非Darcy渗流试验研究现状3023非Darcy渗流模型及数值方法研究现状503存在的问题与研究思路7031非Darcy渗流力学模型存在的问题7032研究思路7参考文献91孔隙、裂隙介质非线性渗流基本理论1611孔隙结构中的渗流阻力16111多孔介质渗流阻力的分类16112孔隙结构与渗流阻力的关系16113两种不同孔隙结构渗流模型17114结构参数对渗透率与非Darcy因子的影响24115雷诺数与Forchheimer数30116多孔介质中细颗粒运动的力学行为3112交叉裂隙非线性流动特性31121单裂隙非Darcy渗流的数值模拟32122不计局部压力损失的交叉裂隙非Darcy渗流模型34123考虑局部压力损失的交叉裂隙非Darcy渗流模型36
124模型结果分析3913多孔介质非Darcy渗流的细观模拟48131多孔介质细观数值模型48132数值模拟方法49133体积平均法50134渗流参数确定50135细观结果分析51136平均压力梯度与平均流速的关系5614孔隙、裂隙结构中的渗流方程和适应条件58参考文献602矿山采动岩体非线性渗流突水溃沙特征和模式6321采动破碎岩体渗流突水特征63211突水通道的非Darcy渗流特性63212三种流场动力学系统的统一性64213导水通道介质的复杂性6422突水模式64221断层致突型65222陷落柱致突型66223采动裂隙致突型67224老空水致突型68参考文献76
3非线性渗流试验装备与试验方法7931一维水沙高速渗流试验系统79311设备研制的目的与意义79312试样筒尺寸设计79313多孔板设计81314恒流恒压泵技术指标8132平面水力输沙试验系统81321设备研制的目的与意义82322供水系统83323裂隙网络渗流模型84324在线饱和装置84325数据采集系统8533试验设备的关键技术——水沙分相测量装置87331水、沙流速分相测量原理87332技术方案的实施87333分相流速的计算87334提高测量精度的技术措施8934孔隙、裂隙介质非线性渗流试验方法9735试验系统的检测99351一维水沙高速渗流试验系统检测99352平面水力输沙试验系统监测99参考文献102
4散体颗粒介质渗流阻力演化规律10441颗粒形状与排列对渗流阻力的影响104411光滑球形颗粒非Darcy渗流阻力演化特征104412微不锈钢颗粒低速渗流阻力演化特征117413粗糙颗粒渗流阻力演化特征分析12642堆积孔隙率对渗流阻力的影响143421多孔介质参数确定方法143422试验材料与方案145423试验结果及分析14843颗粒级配对渗流阻力的影响157431试验材料与方案157432试验结果及分析16144多孔介质中水、沙两相渗流的起动与运移规律173441沙粒的起动条件及临界参数173442多孔骨架中细颗粒的流失179443涌沙临界流速与多孔骨架的塌落186444高浓度水、沙两相混合流体的运移特征190参考文献196
5裂隙介质非Darcy渗流规律试验研究20251裂隙网络非Darcy渗流特性试验研究202511试验材料与方案202512试验结果及分析20352充填裂隙网络非Darcy渗流特性试验研究215521渗流参数的时变规律216522试验材料与方案220523试验方法与步骤222524试验结果与分析223参考文献2396断层物质级配特征对渗流状态和非Darcy渗流参数影响规律的试验研究24261渗流理论方程243611Darcy方程243612Forchheimer方程243613Reynolds数Re和Fanning摩擦系数f244614Forchheimer数Fo24462研究方法244621室内试验方法244622数值仿真24663结果与讨论247631颗粒粒径对渗流参数的影响247632颗粒级配对渗流参数的影响249633产生非Darcy流的临界条件251参考文献253
7围压作用下破碎岩体渗流试验25571试验方案25572试验结果25573结果分析263731渗透率敏感性分析263732非Darcy因子敏感性分析2668孔隙、裂隙介质非Darcy渗流突水力学模型26981突水通道混合流体非Darcy渗流模型269811基本方程269812基于FELAC软件的模型数值求解274813突水通道混合流体非Darcy渗流数值模拟28682含水层与破碎岩体渗流统一性的理论解释29983孔隙、裂隙介质非Darcy渗流突水力学模型301831基本方程302832数值求解304833采动岩体非Darcy渗流基本规律模拟分析30884非Darcy渗流应力耦合模拟研究319841模型方程介绍319
842方程弱形式求解321843模型建立323844不同压力梯度渗流模拟分析324845不同围压下渗流模拟分析326846基安达煤矿突水渗流模拟329参考文献3339基于Brinkman方程求解的非线性数值模型及突水机理数值模拟33491岩体破坏突水机理及渗流方程33492Brinkman方程非Darcy效应模拟33693陷落柱非Darcy渗流突水模拟分析338931突水计算中水流三个物理方程的描述339932采动诱发陷落柱突水模拟结果34094断层非Darcy渗流突水模拟分析343941计算模型343942模拟结果分析344参考文献347
10姜家湾煤矿导水裂隙带突水非Darcy渗流机理数值模拟349101矿区水文地质条件3491011地层结构及含水层特征3491012矿井充水条件3501013采空区积水情况350102导水裂隙带突水特征350103变质量导水裂隙带突水非Darcy流模型3531031含水层中单相流体控制方程3541032导水裂隙带中混合流体控制方程3541033巷道中混合流体控制方程3551034辅助方程3551035三种流动区域过渡的边界条件3561036方程总结356104变质量导水裂隙带突水非Darcy流模型的数值求解357105算例分析3571051数值模型建立3571052计算参数的确定3591053结果分析3601054导水裂隙带突水危险性分析368参考文献373
11中关铁矿断层突水非Darcy渗流机理数值模拟375111矿区水文地质条件3751111地层结构及含水层特征3751112富水性变化规律及地下水流动特征376112-260m中段掘进工作面顶板突水特征377113突水构造条件分析378114-260m中段顶板断层突水非Darcy渗流数值模拟3801141数值模型建立3801142模拟结果分析382参考文献38912骆驼山煤矿陷落柱突水机理数值模拟分析390121工程概况390122陷落柱突水数值模型390123模拟结果分析391124非Darcy因子敏感性分析394参考文献397
13漳村煤矿煤柱失稳破坏突水机理数值模拟分析398131工程概况398132漳村煤矿同煤层突水模型399133模拟结果分析4001331压力时空演化4001332流速时空演化4011333渗透率与非Darcy因子40314矿山采动岩体导水通道识别方法与防控404141矿山采动岩体导水通道识别与监测方法4041411导水通道识别方法4041412导水通道探测方法4051413导水通道监测方法4061414基于微震监测技术的导水通道动态测试方法407142矿山采动岩体导水通道识别案例分析4231421张马屯铁矿堵水帷幕突水通道形成过程和机理分析4231422石人沟铁矿露天转地下顶柱渗流通道形成过程和机理分析4351423西曲矿复合采动围岩导水通道实例分析451143水害防治对策及防水煤岩柱留设469
1431水害防治对策4691432留设防水煤岩柱469参考文献47315结论482151理论分析482152突水模式总结483153试验设备研制483154室内物理试验484155力学模型建立486156案例机理分析488索引489
内容摘要
本书以矿山突水问题为对象，对孔隙、裂隙介质中的多流态复合流动行为进行了较为深入的阐述。内容主要包括基础理论，一维水沙高速渗流试验系统、平面裂隙网络水力输沙试验系统和水沙分相流速仪等非线性渗流试验设备的研发，多孔介质非线性渗流试验、裂隙网络非线性渗流试验、充填裂隙网络非线性渗流试验以及围压作用下破碎岩体渗流试验等的试验研究，孔隙、裂隙介质非线性渗流突水力学模型，姜家湾煤矿导水裂隙带突水、中关铁矿断层突水、骆驼山煤矿陷落柱突水、漳村煤矿本煤层煤柱失稳破坏突水机理分析等应用案例，以及矿山采动岩体导水通道识别方法与防控。
本书内容属于采矿、渗流力学、煤矿安全、岩土工程等学科的交叉领域，可供采矿、渗流力学、煤矿安全、岩土工程等领域的广大科技工作者和高等院校师生阅读、参考。
精彩内容
本书以矿山突水问题为对象，对孔隙、裂隙介质中的多流态复合流动行为进行了较为深入的阐述。内容主要包括基础理论，一维水沙高速渗流试验系统、平面裂隙网络水力输沙试验系统和水沙分相流速仪等非线性渗流试验设备的研发，多孔介质非线性渗流试验、裂隙网络非线性渗流试验、充填裂隙网络非线性渗流试验以及围压作用下破碎岩体渗流试验等的试验研究，孔隙、裂隙介质非线性渗流突水力学模型，姜家湾煤矿导水裂隙带突水、中关铁矿断层突水、骆驼山煤矿陷落柱突水、漳村煤矿本煤层煤柱失稳破坏突水机理分析等应用案例，以及矿山采动岩体导水通道识别方法与防控。
本书内容属于采矿、渗流力学、煤矿安全、岩土工程等学科的交叉领域，可供采矿、渗流力学、煤矿安全、岩土工程等领域的广大科技工作者和高等院校师生阅读、参考。
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