矿井突（涌）水预测及预警研究

为了阐明不同地质条件下煤层底板突水机理,划分了三种突水模式：正常岩层底板突水模式、断层裂隙带突水模式、陷落柱突水模式,尽管模式不同,但都能统一归结为厚板微观压裂导升、薄板宏观整体破断导水两种最基本的突水机理。在宏观预测的基础上,形成了构造及其导水性的预测探查规范程序。在流一固耦合实验研究的基础上,建立了广义三重介质流一固耦合模型,为突（涌）水量预测奠定了基础。把煤矿突水的主控要素转化为灾害发生的监测预警指标体系,应用突水预兆信息原位拾取、适时检测、远程监控和智能判别技术,建立矿井水灾预警的硬件系统和识别系统。     

基于水-岩相互作用的富水断层破碎带隧道突涌灾害演化特征

为研究开挖卸荷和水力荷载耦合作用下富水断层破碎带隧道突涌灾害演化特征,以沈白高铁西谷隧道工程为依托,考虑不同富水破碎带构造形式及地下水赋存特征,开展隧道突涌灾害演化过程研究。基于水-岩相互作用原理,建立三维离散元粘合块体-裂隙流耦合模型,明确不同地质构造特征下的隧道突涌灾害模式,分析破碎岩体裂隙扩展和地下水渗流的时空演化规律。研究结论有:(1) 引入粘合块体模型和裂隙流组合模型,建立了富水断层破碎带水岩相互作用力学模型,再现了富水破碎带隧道突涌灾害演化过程。(2) 不同富水破碎带构造形式引起的突涌灾变模式差异显著,且具有不同的触发条件和表现形式。断层破碎带倾角为45°时,破碎岩体沿掌子面下部溜塌涌入隧道,倾角为90°时,围岩向掌子面挤出,倾角为-45°时,表现为拱顶围岩垮塌。(3)富水破碎带突涌灾害程度随着水头增大而加剧,其中倾角为-45°时,突涌灾害程度受水头高度的影响最显著,倾角为90°时,水头高度影响相对较弱,但突涌灾害程度最严重。     

深埋隧道穿越富水破碎带围岩突水机理

基于隧道穿越处于复杂应力场与渗流场环境的富水破碎带时存在发生重大突水事故的安全隐患,通过对破碎岩体的渗流特点进行研究,建立孔隙颗粒介质流失的渗流模型;基于连续介质力学和变质量动力学理论,推导饱和破碎岩体变质量渗流-变形耦合理论模型;以福建漳州梁山隧道L7富水破碎带为工程背景,分析围岩的渗流场、应力场与位移场分布特性,并总结隧道断层破碎带的突水塌陷机理。研究结果表明:断层破碎带突水实质上是围岩的力学平衡和地下水的渗流平衡因施工扰动发生急剧变化,引起围岩应力重分布及地下水能量释放;隧道施工揭露断层后,岩体颗粒随孔隙空间的流体发生迁移形成新的渗流通道,导致地下水在水头压力作用下向工程临空面涌出,形成漏斗形的渗水区域;随着渗流作用时间的延长,地下水和岩土体逐渐流失,隧道上方的破碎岩体发生严重的滑移变形,形成椭圆形塌陷区域,与现场实际塌陷破坏规律基本吻合。本文提出的渗流-变形耦合模型对理解破碎岩体渗流力学机制和深埋隧道突水灾害的预防设计具有参考价值。     

岩溶管流水力学模型的典型研究——以后寨地下河为例

岩溶区，地下管道中的水流不符合渗透定律，当岩溶管道被地下水充满形成承压管流系统，在性质上类似有压管路水流，因而应当采用水力学的原理对岩溶水运动进行描述。本文推出了有裂隙水均匀入渗时地下河管道沿程水头损失计算公式，并提出了岩溶管道等效直径的计算方法。用水力学模型对管道系统计算等效直径及预测管道水头损失值，与实测值基本一致，这些结果是可以接受的。研究成果表明，应用水力学原理解决岩溶管流区地下水运动问题具有良好的前景。     

岩体渗流场与应力场耦合理论研究成果

重大工程灾害和地质灾害大多是固－液耦合作用引起的，岩土体与水流（特别是地下水流）相互作用的机制、过程、关系以及非线性动力学模型，是解决这一问题的关键。仵颜卿承担的国家自然科学基金资助项目（４９５７２１６２）“水－岩非线性动力学模型研究”，陕西省自然科学计划研究资助项目“岩体裂隙网络系统动力学模型研究”等，深入研究了岩石力学与渗流力学交叉科学——岩体水力学的问题，运用地质调查、室内试验和力学分析相结合的方法，分析了岩体中渗流场与应力场的相互作用，提出了岩体渗流与应力相互作用的新理论，充实了岩体水力…     

范各庄矿12煤底板突水过程模拟分析

为了研究范各庄煤矿12煤层底板开采扰动下,裂隙形成、扩展到突水通道最终贯通形成突水的全过程,以范各庄水文地质条件为基础,建立了承压水上采煤的岩体水力学模型,应用岩石破裂过程渗流-应力耦合分析系统(RFPA~(2D)-Flow)模拟,通过对损伤区分布、应力场和渗流场的演化进行分析,揭示了开采扰动及水压驱动下完整泥岩底板由隔水岩层到突水通道的演化过程,对突水通道进行模拟定位,并对不同水压条件下含水砂岩层对底板突水的影响进行了分析探讨。结果表明:12煤顶板突水问题取决与含水砂岩中的水压力,在假设隔水层厚度不变时,水压力与突水系数呈负相关关系,随着水压的增大突水越易发生。该研究对12煤底板突水预测与防治提供了理论依据。     

煤层底板裂隙网络的生成

矿井突水案例分析表明，绝大多数突水是由构造引起的。因此，将岩体作为由裂隙切割而成的介质来分析矿井突水无疑更接近实际情况。本文依据对现场石门岩壁裂隙统计得到裂隙分布规律，应用ＭｏｎｔｅＣａｒｌｏ法模拟原理，生成裂隙网络，为进行岩体裂隙特性评价和裂隙岩体力学模型的建立奠定了基础     

模糊聚类分析预测隧道涌水灾害

重庆走马岭隧道开挖中岩溶涌水灾害是一个突出问题.为预测隧道发生涌突水灾害的可能性,以隧址区泉水样及隧道内涌水样中的7种常见离子为研究对象,采用模糊聚类分析方法确定相应的模糊等价矩阵R°=(rij°)(n×m),将所取15个水化学样进行合理分类.本次模糊聚类分析表现出很好的相关性,结合地质条件对其分类结果进行解释,准确地划分出隧址区地下水微系统,初步预测突发性岩溶涌突水灾害发生可能性小.图3,表2,参6.     

底板突水的突变理论预测

分析了矿层底板失稳破坏发生突水的机制,根据底板突水的尖点突变特征、采用力学平衡和能量平衡方法和应用突变理论建立了矿层底板突水的突变模型。根据这一模型,应用尖点突变原理分析了承压水底板关键层失稳突水的力学机制。当满足关键层失稳的充要力学条件时,承压水底板有可能发生失稳突水。通过工程实例,用数值模拟证明了该理论分析方法是切实可行的,为底板突水预测研究奠定了可靠的理论基础。     

岩溶区地下工程裂隙渗流突水数值模拟研究

随着岩溶区地下工程的大量建设,岩溶裂隙突水频发并逐渐成为制约地下空间建设发展的瓶颈问题.采用简化的裂隙非饱和渗流计算方法,通过多场耦合分析数值模拟软件COMSOL Multiphysics研究了裂隙岩体的非饱和渗流特征及裂隙对渗流的影响.通过对复杂的溶洞-裂隙系统进行科学简化,建立了一种岩溶区地下工程裂隙导通突水模型,并采用此模型开展了裂隙渗流突水数值计算.结果表明:裂隙对岩体渗流产生显著影响并会造成渗流强烈的各向异性;地下水大都将沿着优势渗流通道运移,而较少渗流到其他阻渗性强区域,因而形成相对集中的突水点.研究结果可为岩裂隙渗流和连通提供思路,为岩溶区裂隙突水理论和防治提供参考.     

深部煤层开采高承压水突水预报及控制

以煤矿沉积岩体的工程地质、水文地质结构为切入点,利用地震和地质雷达技术实现软弱结构面的准确空间定位和岩体结构的精细探测。在 GIS 的支持下,建立煤层底板突水预测模型,提出底板突水评价指标体系,为煤矿深部开采提供系统的理论基础和安全可靠的技术方法。采用先进工艺的注浆堵水技术,对高承压水实施封堵,堵水效果 100%。为深部煤层高承压含水层上安全开采提供了一套较成功的预报和控制技术。     

FLAC在地下巷道离层破坏非线性数值模拟中的应用

岩体力学问题的决策所涉及的因素如地质、岩体结构特征、岩体力学性质、工程特征、生产、施工及其它信息大多数都是不确定的 ,也就是说以上这些信息呈模糊性、随机性、未确定性和不完全性。本文主要探讨岩石力学非线性计算软件—FLAC2D3 .3在地下巷道层破坏数值计算中的应用。     

低中放废物处置场的岩体渗透特性分析

在基岩地区，研究地下水运动特征和污染物迁移的前提条件是研究基岩介质中裂隙的分布特征和裂隙岩体的渗透性能，其中包括导水裂隙优势方位研究、基岩裂隙水的活跃带分布研究和基岩裂隙渗透参数的计算。为此，结合我国西北某放射性废物处置场丰富的地质资料，对该处置场裂隙发育分布特征、导水裂隙优势方位及其渗透性参数进行了比较系统的分析。通过统计、分析、比较和计算发现，基岩裂隙水活跃带是核素向外界迁移的活跃通道，某低中放废物处置场内的导水裂隙有一个优势方位。并且还求出了某低中放废物处置场基岩裂隙的渗透系数张量。     

渝怀线地质灾害发育特征及处理原则

重点介绍渝怀铁路线地质灾害发育分布特征 ,主要灾害类型包括滑坡、崩坡积层、危岩落石、顺层及软质岩高边坡、岩溶突水、地表水漏失、水库坍岸、软土、膨胀土和煤层瓦斯等 ,在总结铁路行业对整治地质灾害的经验教训基础上 ,针对渝怀线的地质灾害提出相应的处理原则 ,即针对大型地质灾害和地质灾害集中发育地段 ,采取绕避的方法 ;无法绕避地段 ,则采用相应的工程措施。     

富水全强风化花岗岩隧道突水突泥灾害机制与帷幕注浆技术

为研究富水全强风化花岗岩隧道突水突泥灾害机制与帷幕注浆技术,以广西均昌隧道富水全强风化花岗岩地段突水突泥灾害处治实践为例,对隧道突水水泥灾害特征、诱发机制及防治措施进行深入研究分析。结果表明：富水全强风化花岗岩隧道突水突泥灾害突发性强,演变速度快,次生灾害严重,影响范围大;隧道突水突泥灾害的孕险环境因素有长条状谷地汇水负地形、水资源丰富、导水通道发育、岩层水稳定性差,而超前勘探工作不充分、注浆效果不到位及施工扰动是灾害的主要致灾因子,岩体受地下水浸泡软化,岩层在静水压力作用下被击穿,掌子面发生局部渗流失稳,形成突水通道,渗流转变为管道流,形成突泥通道,在静水压力和动水冲刷的共同作用下迅速演化发展成突水突泥灾害,同时引发地表塌陷、河流断流、池塘干涸等次生灾害;通过修正帷幕注浆参数,隧道注浆治理段开挖面整体稳定性显著增强,稳定渗流量减少53.78%~80.19%,对隧道堵水加固效果明显,能有效防治了突水突泥灾害,确保工程施工安全,缩短建设工期,增大工程效益。研究成果对全强风化花岗岩隧道防治突水突泥灾害具有一定指导意义。     

重复采动影响下采场坚硬覆岩离层水涌水致灾机制研究进展

 采场覆岩离层水水害是一种新型水害类型,迄今为止对其认识不是十分清楚。为了更好地对其进行研究,对该领域已有的研究成果进行梳理分析。首先,对9个典型的离层水水害事例进行整理、总结,得出5个方面的共同特征,分别是坚硬覆岩、多煤层或单煤层分层开采所引起的重复采动、离层区具有充沛的补给来源、积水离层带与采场之间存在隔水层形成封闭水体、具有冲击地压等诱发因素。其次,根据前人对离层水突水机制的阐述过程,总结出5种揭示离层水突水的观点,并基于物理场的角度把这5种观点归纳成3类:渗流场的单独作用、应力场的单独作用、渗流场和应力场的耦合作用。最后,指明了离层水害领域中5个研究重点,并展望了其发展方向。     

深井软岩巷道掘进迎头片帮防治技术

为了解决采深不断加大的软岩巷道掘进迎头片帮安全问题,运用岩体力学、材料力学、地质学理论方法研究了软岩巷道掘进迎头片帮机理和巷道掘进迎面墙锚杆布置优化方案。结果表明:圆形软岩巷道掘进迎头片帮部位随其断面垂向尺寸的渐变而变化,其垂向尺寸最大的条带区是最需加固的部位。该成果对现场掘进迎头的片帮防治具有一定的参考价值和指导意义。     

岩溶台地高压富水特长隧道勘察的精细化探索

岩溶台地高压富水特长隧道精细化勘察应在收集和分析区域地质资料、前期勘察成果、前人研究成果及类似工程案例的基础上,找出主要的水文与工程地质问题,针对这些问题进行水文地质与工程地质调绘和地球物理探测,在此基础上构建地质模型,并采用有针对性的水文地质钻探、工程地质钻探、现场监测与测试及数值仿真等方法与手段,对地质模型进行验证、丰富与优化。以G59呼北高速张家界—官庄段沅古坪隧道为研究对象,为了查明岩溶台地高压富水特长隧道的水文地质与工程地质条件,在水文地质与工程地质测绘、地球物理探测、地质钻探及工程评价等方面进行了精细化勘察的探索与研究,提出了精细化勘察技术思路。根据精细化勘察技术思路,细分隧道区域的地下水系统,划为17个地下水系统,隧道穿越9个地下水系统。采用空气潜孔锤(down-the-hole, DTH)-孔内电视复合方法查清了大湖村段水文地质结构,在此基础上,采用解析法和数值法预测了隧道涌水量,隧道涌水量在150 mm降雨量条件下为26.93×10⁴ m³/d,评价了突水突泥风险,在大湖村岩溶泉系统及柏杨坪岩溶地下河系统为高风险区。