地下工程施工过程中,处于三向应力状态的断层破碎带凝灰岩在流固耦合作用下发生颗粒流失,继而诱发断层带破碎岩石结构失稳,最终导致断层突水灾害发生.基于此,开展现场断层取样,利用破碎岩石三轴渗透试验系统,研究三轴荷载下不同粒径级配试样颗粒流失规律,进而分析颗粒流失对孔隙结构与渗流流速时变演化规律的影响.研究结果表明:(1)不同三轴应力下,破碎凝灰岩颗粒流失质量与时间满足指数型函数关系,两者间相关系数不低于94％.颗粒流失质量与轴压和围压成反比,且轴向位移越大,颗粒流失质量随围压减小的幅度越小;(2)渗透过程中0～60 s间的孔隙率增长较快,孔隙结构的渗流演变过程与粒径级配有关,随着n(Talbot幂指数)值的增大,孔隙率整体增大,n值相同时,孔隙率随轴向位移与围压的增大而减小,且孔隙率量级为0.33～0.52;(3)由于试样内部颗粒规律性流失,破碎凝灰岩渗流流速时变演化过程可划分为"平稳渗流、渗流流速突增和近似管流"三个阶段,围压为0.8 MPa时各阶段流速整体大于围压为1.4 MPa时对应阶段的流速.平稳渗流阶段历时短,流速低,其发生次数随n值增加而减少;渗流流速突增阶段流速猛增达到峰值;近似管流阶段保持较高流速,虽然偶尔产生波动,但整体相对平稳.研究成果可为断层突水灾害演化规律研究提供理论依据.

断层破碎带;凝灰岩;三轴应力;颗粒流失;孔隙结构

黄昌富;张帅龙;高永涛;吴顺川;周喻;孙浩;王文强;卢庆钊

北京科技大学土木与资源工程学院,北京100083;昆明理工大学国土资源工程学院,昆明650093;河南理工大学能源科学与工程学院,焦作454000;中铁十六局集团第一工程有限公司,北京101300

工程科学学报

[1]黄昌富;张帅龙;高永涛;吴顺川;周喻;孙浩;王文强;卢庆钊-.三轴应力下颗粒流失对断层破碎带凝灰岩渗流特征的影响)[J].工程科学学报,2022(07):1134-1146

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