基于层状岩体渗流失稳条件的煤矿突水机理

利用分离变量法进行了层状岩体Forcheimer型非Darcy渗流系统的稳定性分析，从非线性动力学系统结构失稳的视角揭示了煤矿突水的机理．研究表明：矿井突水是由岩层的厚度、渗透特性、渗流液体的力学性质及边界压力共同决定的；当渗流系统的控制参量与边界压力满足一定的条件时，此系统失去稳定性，并引发突水灾害；当某岩层的渗透率比其他岩层低一个量级，而非Darcy流β因子比其他岩层高两个量级时，该岩层为渗流系统的关键层，其渗透特性对系统的稳定性起支配作用．     

石灰岩应力–应变全过程的非Darcy流渗透特性

利用瞬态渗透法测定了石灰岩在应力-应变全过程的非Darcy流渗透特性，发现一种新的试验现象，即在峰后大应变状态下非Darcy流β因子为负。这一试验现象使得人们可以立足于实验室试验来验证、预测和分析岩石渗流失稳现象和规律。建市了一种瞬态法测定岩石渗透特性的试验系统的动力学模型，介绍了由孔隙压力差单一时间序列提取非Darcy流渗透特性参数（渗透率、非Darcy流β因子和加速度系数）的方法，并对石灰岩标准试样进行了应力-应变全过程的渗透试验。研究表明，无论在峰前还是峰后，石灰岩的渗流都不服从Darcy定律；当非Darcy流β因子为正时，非Darcy流的渗透率小于Darcy流的渗透率；当Darcy流β因子为负时，由于裂隙的贯通，孔隙压力迅速衰减，石灰岩中渗流可能失稳。提出的非Darcy流渗透特性的测定方法，继承了以往实验室试验的成熟技术，只是在数据处理方面进行了尝试，既不增加试验成本，又不加大试验的技术难度，便于被用户接受。     

一种破裂岩石稳态渗透试验系统及其应用

水在破裂岩石的渗流不服从Darcy定律.由于破裂岩石的渗透率很大和密封方面的困难,在MTS试验系统上采用瞬态渗透法不能测量破裂岩石的渗透率.为了研究破裂岩石的非Darcv流渗透特性(渗透率和非Darcy流β因子),开发了一种破裂岩石非Darcy流渗透特性试验附加装置.本文介绍了这种附加装置的构成以及其嫁接到MTS815.02系统上测试非Darcy流渗透特性的试验原理和试验技术要求,并给出了试验系统的应用.     

基于Burgers模型的岩层弯曲变形分析

由于岩石材料抗拉与抗压性能的明显差异，使岩层受蠕变作用时，其弯曲中性层位置及变形曲率都将随时间变化．基于Burgers流变本构模型，对岩层的中性层位置和相对蠕变函数随时间的变化特征进行了系统研究．研究结果表明：岩层弯曲中性层和曲率的初始状态决定于岩石材料的弹性参数，而最终状态决定于它的黏性参数；蠕变前期，岩层弹性、黏性参数对中性层位置和变形曲率都有较大影响，但随着时间增加这种影响迅速减弱；若岩石的抗拉、抗压、黏性性质相同，则中性层最终趋于几何中面，否则趋于某一确定位置；由于蠕变的作用，岩层曲率随时间不断增大，直至岩层发生破断；对于稳定蠕变情况，岩层弯曲中性层要偏离初始状态，但经过一定时间后又将回到初始状态，而岩层的变形曲率则随时间单调增加，但最终趋于某一定值．