书籍详情
煤岩体蠕变渗透特性及渗流失稳机理
作者：李树刚 等 著
出版社：科学出版社
出版时间：2021-03-01
ISBN：9787030658883
定价：¥128.00
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内容简介
《煤岩体蠕变渗透特性及渗流失稳机理》是一部介绍煤岩体蠕变渗透特性及渗流失稳机理的专著，《煤岩体蠕变渗透特性及渗流失稳机理》共7章。在系统介绍煤岩体渗透特性及强度理论的基础上，从煤岩体力学特性入手，自主研发破碎岩石三轴渗流试验系统，开展侧限条件下破碎煤岩体渗透特性研究、煤岩体变形与渗流时间效应研究及三轴应力状态下煤岩渗透特性研究，分析不同工况下煤岩体的渗流规律。在此基础上，建立煤岩体流固耦合渗流动力学模型，并利用解耦方法化简动力学模型，得到煤岩体发生渗流失稳的条件及失稳的临界压力梯度值。*后通过数值计算方法对所构建的动力学模型进行求解与验证。
作者简介
暂缺《煤岩体蠕变渗透特性及渗流失稳机理》作者简介
目录
目录
前言
第1章 绪论 1
1.1 研究背景及意义 1
1.2 煤岩力学特性研究现状 2
1.2.1 单轴压缩下煤岩力学特性研究现状 2
1.2.2 三轴压缩下煤岩力学特性研究现状 5
1.2.3 煤岩蠕变力学性质研究现状 7
1.3 煤岩渗透特性研究现状 10
1.3.1 煤岩渗流试验研究现状 10
1.3.2 煤岩体变形与渗流时间效应研究现状 12
1.3.3 煤岩渗流理论研究现状 13
第2章 煤岩体强度理论及试验 18
2.1 煤岩体强度理论 18
2.1.1 煤岩体单轴强度及变形特性 18
2.1.2 煤岩三轴强度及变形特性 20
2.1.3 煤岩的破坏机理 22
2.1.4 煤岩的强度理论 23
2.2 煤岩蠕变的基本概念 31
2.3 煤岩蠕变的基本模型 33
2.3.1 基本元件模型 33
2.3.2 Maxwell模型 33
2.3.3 Kelvin模型 35
2.3.4 Kelvin-Voigt模型 37
2.3.5 Burgers模型 39
2.4 煤岩单轴压缩试验 42
2.4.1 试验条件 42
2.4.2 试验系统 42
2.4.3 单轴压缩试验结果 42
2.5 煤岩三轴压缩试验 44
2.5.1 三轴压缩试验概述 44
2.5.2 三轴压缩试验结果及分析 45
2.6 煤岩破坏过程中声发射特性试验 47
2.6.1 试验设备及试验原理 47
2.6.2 煤岩蠕变过程中声发射特性 48
2.7 煤岩蠕变力学性质 56
2.7.1 单级加载下煤岩蠕变试验 56
2.7.2 分级加载下煤岩蠕变试验 58
第3章 煤岩渗流基本概念及试验系统研制 62
3.1 煤岩渗流的基本概念 62
3.1.1 孔隙率 62
3.1.2 孔隙比 62
3.1.3 比面 63
3.1.4 渗流速度Dupuit-Forchheimer关系式 63
3.1.5 渗透率与渗透系数 64
3.2 Darcy定律 65
3.3 非Darcy渗流 67
3.4 渗流基本方程 70
3.4.1 流体压缩与膨胀系数-状态方程 70
3.4.2 多孔介质的压缩系数-状态方程 71
3.4.3 连续性方程 71
3.5 煤岩渗流试验系统研制背景及意义 72
3.6 试验系统的设计 73
3.6.1 试验系统的构成 73
3.6.2 试验系统的组装 74
3.7 破碎岩石三轴渗流试验方法 75
第4章 侧限条件下破碎煤岩渗透特性 79
4.1 破裂岩样渗透特性试验 79
4.1.1 试验原理 80
4.1.2 圆形薄板制备及试验方法 86
4.1.3 试验结果与现象分析 88
4.2 破碎岩样渗透特性试验 92
4.2.1 多种矿物成分破碎岩石渗透特性试验 92
4.2.2 混合破碎岩样渗透特性试验 106
4.3 孔隙率连续变化的破碎砂岩渗透特性 112
4.3.1 积分式模型的建立 112
4.3.2 孔隙率连续变化渗流试验方法及测试结果 114
4.3.3 试验现象与结果分析 116
第5章 煤岩变形与渗流的时间效应 122
5.1 分级加载下破碎砂岩渗流试验 122
5.1.1 试验原理及方法 122
5.1.2 试样制备及试验设备 123
5.1.3 试验结果及分析 125
5.2 破碎矸石分级加载蠕变过程中的渗流试验 131
5.2.1 试验方案及过程 131
5.2.2 各级应力水平下的孔隙率时间历程分析 132
5.2.3 破碎矸石蠕变模型及其参数确定 133
5.2.4 蠕变及渗透参数变化规律分析 135
5.3 破碎煤岩体渗透参量与孔隙率的关系 139
第6章 三轴应力状态下煤岩渗透特性 140
6.1 试验系统及试验方案 140
6.1.1 试验系统 140
6.1.2 试验方案 140
6.2 试验原理及参数计算 142
6.2.1 孔隙率的计算 142
6.2.2 有效应力的计算 144
6.3 破碎砂岩试验结果及分析 145
6.3.1 有效应力与渗流速度的关系 145
6.3.2 孔压梯度与渗流速度的关系 147
6.3.3 围压与渗透率的关系 151
6.3.4 孔隙率与渗透特性的关系 153
6.4 破碎煤样试验结果及分析 156
6.4.1 孔压梯度与渗流速度的关系 156
6.4.2 轴向位移与孔隙率的关系 164
6.4.3 围压与孔隙率的关系 165
6.4.4 轴向位移与渗透特性的关系 167
6.4.5 围压与渗透特性的关系 171
6.4.6 孔隙率与渗透特性的关系 175
第7章 破碎煤岩流固耦合问题 179
7.1 流固耦合问题描述 179
7.2 应力场控制方程 180
7.2.1 应力平衡方程 180
7.2.2 几何方程 181
7.2.3 本构方程 182
7.2.4 有效应力方程 183
7.2.5 应力场方程 183
7.3 渗流场方程 184
7.3.1 非Darcy渗流运动方程 185
7.3.2 连续性方程 185
7.4 辅助方程 187
7.4.1 状态方程 187
7.4.2 渗透参量与孔隙率之间的关系方程 187
7.5 动力学模型 187
7.5.1 动力学方程组 188
7.5.2 初始条件和边界条件 188
7.6 渗流稳定性分析 188
7.7 破碎煤岩流固耦合模型数值分析 193
7.7.1 数值仿真软件简介 194
7.7.2 数值计算模型与网格划分 194
7.7.3 数值模型计算参数 195
7.7.4 定解条件 195
7.7.5 数值模拟结果分析 196
参考文献 203
前言
第1章 绪论 1
1.1 研究背景及意义 1
1.2 煤岩力学特性研究现状 2
1.2.1 单轴压缩下煤岩力学特性研究现状 2
1.2.2 三轴压缩下煤岩力学特性研究现状 5
1.2.3 煤岩蠕变力学性质研究现状 7
1.3 煤岩渗透特性研究现状 10
1.3.1 煤岩渗流试验研究现状 10
1.3.2 煤岩体变形与渗流时间效应研究现状 12
1.3.3 煤岩渗流理论研究现状 13
第2章 煤岩体强度理论及试验 18
2.1 煤岩体强度理论 18
2.1.1 煤岩体单轴强度及变形特性 18
2.1.2 煤岩三轴强度及变形特性 20
2.1.3 煤岩的破坏机理 22
2.1.4 煤岩的强度理论 23
2.2 煤岩蠕变的基本概念 31
2.3 煤岩蠕变的基本模型 33
2.3.1 基本元件模型 33
2.3.2 Maxwell模型 33
2.3.3 Kelvin模型 35
2.3.4 Kelvin-Voigt模型 37
2.3.5 Burgers模型 39
2.4 煤岩单轴压缩试验 42
2.4.1 试验条件 42
2.4.2 试验系统 42
2.4.3 单轴压缩试验结果 42
2.5 煤岩三轴压缩试验 44
2.5.1 三轴压缩试验概述 44
2.5.2 三轴压缩试验结果及分析 45
2.6 煤岩破坏过程中声发射特性试验 47
2.6.1 试验设备及试验原理 47
2.6.2 煤岩蠕变过程中声发射特性 48
2.7 煤岩蠕变力学性质 56
2.7.1 单级加载下煤岩蠕变试验 56
2.7.2 分级加载下煤岩蠕变试验 58
第3章 煤岩渗流基本概念及试验系统研制 62
3.1 煤岩渗流的基本概念 62
3.1.1 孔隙率 62
3.1.2 孔隙比 62
3.1.3 比面 63
3.1.4 渗流速度Dupuit-Forchheimer关系式 63
3.1.5 渗透率与渗透系数 64
3.2 Darcy定律 65
3.3 非Darcy渗流 67
3.4 渗流基本方程 70
3.4.1 流体压缩与膨胀系数-状态方程 70
3.4.2 多孔介质的压缩系数-状态方程 71
3.4.3 连续性方程 71
3.5 煤岩渗流试验系统研制背景及意义 72
3.6 试验系统的设计 73
3.6.1 试验系统的构成 73
3.6.2 试验系统的组装 74
3.7 破碎岩石三轴渗流试验方法 75
第4章 侧限条件下破碎煤岩渗透特性 79
4.1 破裂岩样渗透特性试验 79
4.1.1 试验原理 80
4.1.2 圆形薄板制备及试验方法 86
4.1.3 试验结果与现象分析 88
4.2 破碎岩样渗透特性试验 92
4.2.1 多种矿物成分破碎岩石渗透特性试验 92
4.2.2 混合破碎岩样渗透特性试验 106
4.3 孔隙率连续变化的破碎砂岩渗透特性 112
4.3.1 积分式模型的建立 112
4.3.2 孔隙率连续变化渗流试验方法及测试结果 114
4.3.3 试验现象与结果分析 116
第5章 煤岩变形与渗流的时间效应 122
5.1 分级加载下破碎砂岩渗流试验 122
5.1.1 试验原理及方法 122
5.1.2 试样制备及试验设备 123
5.1.3 试验结果及分析 125
5.2 破碎矸石分级加载蠕变过程中的渗流试验 131
5.2.1 试验方案及过程 131
5.2.2 各级应力水平下的孔隙率时间历程分析 132
5.2.3 破碎矸石蠕变模型及其参数确定 133
5.2.4 蠕变及渗透参数变化规律分析 135
5.3 破碎煤岩体渗透参量与孔隙率的关系 139
第6章 三轴应力状态下煤岩渗透特性 140
6.1 试验系统及试验方案 140
6.1.1 试验系统 140
6.1.2 试验方案 140
6.2 试验原理及参数计算 142
6.2.1 孔隙率的计算 142
6.2.2 有效应力的计算 144
6.3 破碎砂岩试验结果及分析 145
6.3.1 有效应力与渗流速度的关系 145
6.3.2 孔压梯度与渗流速度的关系 147
6.3.3 围压与渗透率的关系 151
6.3.4 孔隙率与渗透特性的关系 153
6.4 破碎煤样试验结果及分析 156
6.4.1 孔压梯度与渗流速度的关系 156
6.4.2 轴向位移与孔隙率的关系 164
6.4.3 围压与孔隙率的关系 165
6.4.4 轴向位移与渗透特性的关系 167
6.4.5 围压与渗透特性的关系 171
6.4.6 孔隙率与渗透特性的关系 175
第7章 破碎煤岩流固耦合问题 179
7.1 流固耦合问题描述 179
7.2 应力场控制方程 180
7.2.1 应力平衡方程 180
7.2.2 几何方程 181
7.2.3 本构方程 182
7.2.4 有效应力方程 183
7.2.5 应力场方程 183
7.3 渗流场方程 184
7.3.1 非Darcy渗流运动方程 185
7.3.2 连续性方程 185
7.4 辅助方程 187
7.4.1 状态方程 187
7.4.2 渗透参量与孔隙率之间的关系方程 187
7.5 动力学模型 187
7.5.1 动力学方程组 188
7.5.2 初始条件和边界条件 188
7.6 渗流稳定性分析 188
7.7 破碎煤岩流固耦合模型数值分析 193
7.7.1 数值仿真软件简介 194
7.7.2 数值计算模型与网格划分 194
7.7.3 数值模型计算参数 195
7.7.4 定解条件 195
7.7.5 数值模拟结果分析 196
参考文献 203
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