●前言
第1章緒論1
1.1研究背景及意義1
1.2煤岩力學特性研究現狀2
1.2.1單軸壓縮下煤岩力學特性研究現狀2
1.2.2三軸壓縮下煤岩力學特性研究現狀5
1.2.3煤岩蠕變力學性質研究現狀7
1.3煤岩滲透特性研究現狀10
1.3.1煤岩滲流試驗研究現狀10
1.3.2煤岩體變形與滲流時間效應研究現狀12
1.3.3煤岩滲流理論研究現狀13
第2章煤岩體強度理論及試驗18
2.1煤岩體強度理論18
2.1.1煤岩體單軸強度及變形特性18
2.1.2煤岩三軸強度及變形特性20
2.1.3煤岩的破壞機理22
2.1.4煤岩的強度理論23
2.2煤岩蠕變的基本概念31
2.3煤岩蠕變的基本模型33
2.3.件模型33
2.3.2Maxwell模型33
2.3.3Kelvin模型35
2.3.4Kelvin-Voigt模型37
2.3.5Burgers模型39
2.4煤岩單軸壓縮試驗42
2.4.1試驗條件42
2.4.2試驗繫統42
2.4.3單軸壓縮試驗結果42
2.5煤岩三軸壓縮試驗44
2.5.1三軸壓縮試驗概述44
2.5.2三軸壓縮試驗結果及分析45
2.6煤岩破壞過程中聲發射特性試驗47
2.6.1試驗設備及試驗原理47
2.6.2煤岩蠕變過程中聲發射特性48
2.7煤岩蠕變力學性質56
2.7.1單級加載下煤岩蠕變試驗56
2.7.2分級加載下煤岩蠕變試驗58
第3章煤岩滲流基本概念及試驗繫統研制62
3.1煤岩滲流的基本概念62
3.1.1孔隙率62
3.1.2孔隙比62
3.1.3比面63
3.1.4滲流速度Dupuit-Forchheimer關繫式63
3.1.5滲透率與滲透繫數64
3.2Darcy定律65
3.3非Darcy滲流67
3.4滲流基本方程70
3.4.1流體壓縮與膨脹繫數-狀態方程70
3.4.2多孔介質的壓縮繫數-狀態方程71
3.4.3連續性方程71
3.5煤岩滲流試驗繫統研制背景及意義72
3.6試驗繫統的設計73
3.6.1試驗繫統的構成73
3.6.2試驗繫統的組裝74
3.7破碎岩石三軸滲流試驗方法75
第4章側限條件下破碎煤岩滲透特性79
4.1破裂岩樣滲透特性試驗79
4.1.1試驗原理80
4.1.2圓形薄板制備及試驗方法86
4.1.3試驗結果與現像分析88
4.2破碎岩樣滲透特性試驗92
4.2.1多種礦物成分破碎岩石滲透特性試驗92
4.2.2混合破碎岩樣滲透特性試驗106
4.3孔隙率連續變化的破碎砂岩滲透特性112
4.3.1積分式模型的建立112
4.3.2孔隙率連續變化滲流試驗方法及測試結果114
4.3.3試驗現像與結果分析116
第5章煤岩變形與滲流的時間效應122
5.1分級加載下破碎砂岩滲流試驗122
5.1.1試驗原理及方法122
5.1.2試樣制備及試驗設備123
5.1.3試驗結果及分析125
5.2破碎矸石分級加載蠕變過程中的滲流試驗131
5.2.1試驗方案及過程131
5.2.2各級應力水平下的孔隙率時間歷程分析132
5.2.3破碎矸石蠕變模型及其參數確定133
5.2.4蠕變及滲透參數變化規律分析135
5.3破碎煤岩體滲透參量與孔隙率的關繫139
第6章三軸應力狀態下煤岩滲透特性140
6.1試驗繫統及試驗方案140
6.1.1試驗繫統140
6.1.2試驗方案140
6.2試驗原理及參數計算142
6.2.1孔隙率的計算142
6.2.2有效應力的計算144
6.3破碎砂岩試驗結果及分析145
6.3.1有效應力與滲流速度的關繫145
6.3.2孔壓梯度與滲流速度的關繫147
6.3.3圍壓與滲透率的關繫151
6.3.4孔隙率與滲透特性的關繫153
6.4破碎煤樣試驗結果及分析156
6.4.1孔壓梯度與滲流速度的關繫156
6.4.2軸向位移與孔隙率的關繫164
6.4.3圍壓與孔隙率的關繫165
6.4.4軸向位移與滲透特性的關繫167
6.4.5圍壓與滲透特性的關繫171
6.4.6孔隙率與滲透特性的關繫175
第7章破碎煤岩流固耦合問題179
7.1流固耦合問題描述179
7.2應力場控制方程180
7.2.1應力平衡方程180
7.2.2幾何方程181
7.2.3本構方程182
7.2.4有效應力方程183
7.2.5應力場方程183
7.3滲流場方程184
7.3.1非Darcy滲流運動方程185
7.3.2連續性方程185
7.4輔助方程187
7.4.1狀態方程187
7.4.2滲透參量與孔隙率之間的關繫方程187
7.5動力學模型187
7.5.1動力學方程組188
7.5.2初始條件和邊界條件188
7.6滲流穩定性分析188
7.7破碎煤岩流固耦合模型數值分析193
7.7.1數值仿真軟件簡介194
7.7.2數值計算模型與網格劃分194
7.7.3數值模型計算參數195
7.7.4定解條件195
7.7.5數值模擬結果分析196
參考文獻203

本書是一部介紹煤岩體蠕變滲透特性及滲流失穩機理的專著，全書共7章。在繫統介紹煤岩體滲透特性及強度理論的基礎上，從煤岩體力學特性入手，自主研發破碎岩石三軸滲流試驗繫統，開展側限條件下破碎煤岩體滲透特性研究、煤岩體變形與滲流時間效應研究及三軸應力狀態下煤岩滲透特性研究，分析不同工況下煤岩體的滲流規律。在此基礎上，建立煤岩體流固耦合滲流動力學模型，並利用解耦方法化簡動力學模型，得到煤岩體發生滲流失穩的條件及失穩的臨界壓力梯度值。最後通過數值計算方法對所構建的動力學模型進行求解與驗證。本書可共從市岩體滲流力學、岩石力學、采礦工程、岩土工程及水文地質工程等相關專業的高等學校教師及研究生、科研院所的研究人員使用，也可作為相關專業的研究生教材或參考書。