深部富水地层围岩裂隙发育因素分析.pdf

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1、墨錾盔曼墨燮墅垒塑墨：丝曩垫!竺塑堡一!i!銎!量深部富水地层围岩裂隙发育因素分析何晖，范叩鑫(西安工业大学建筑工程学院，陕西西安710032)摘要：笔者分析了岩体裂隙发育的主要来源，结合具体讨论的深部地层工程环境背景，结合前人研究的岩体的构成和岩性的数据，分析了岩体岩性对渗透性的影响。进而进一步研究了地下水体系统，统计分析了深部地下水体对岩石裂隙发育起到至关重要作用的物理和化学因素。从而更加了解了富水地层裂隙发育的主要内因和外因。最后从实际工程出发，讨论分析了深部地层在卸栽时的裂隙三维应力场变化与裂隙形变。从而实现了对深部富水地层裂隙发育过程的动态分析。关

2、键词：深部；富水地层；裂隙；影响因素中图分类号iP614文献标识码：B文章编号：1672—4011【2012)06—0241—020前言随着表层资源的枯竭和矿业工程开采技术的发展，矿井深度也在不断的增加。其中深度超过千米的矿井已不是少数。据上世纪90年代中期的不完全统计，国外开采超千米深的矿山有多80多座其中还不包括煤矿深井。截至目前世界上开采深度超过千米的矿山已近百座⋯。可见其矿物开采深度增加迅速。同时也对井下含水地层治水工作提出了更高的要求。含水地层的裂隙发育是决定井下用水量的重要和决定性因素。其裂隙发育的影响因素主要有：围岩裂隙产生的主要有两个方面的因

3、素分别是：地质构造和非地质构造因素。当然考虑到矿井深度大于千米的地下节理裂隙的影响的主要包括：褶皱、断层、地震地质构造作用。同时也包括风化程度、地下水活动等非地质构造因素。同时也要考虑到深层其高地应力必然对裂隙发育有着不可忽视的影响。1地质构造岩层裂隙是构成岩体节理发育而来的，原因主要有以下两点。(1)褶皱有关的构造裂隙。纵弯褶皱岩层中可能发育的节理主要有一组纵张节理，一组横张节理和对斜向共轭剪节理如图1所示。纵张节理主要发育于背斜转折端上，在褶皱横截面上排列成扇状，单个节理为尖端向下的楔形。随着背斜的不断隆起，张节理也不断从外侧向内核发展。横张节理主要发育

4、于向斜核部，有时横张节理和纵张节理也同时出现在一个背斜上。斜向剪节理与褶皱轴向斜交。(2)断层有关的构造裂隙。在断层两盘错动引起的派生应力作用下，断层两侧常常会发育一套节理、裂隙在断层两侧常出现由构造作用力引起的平行断层的剪节理，这组节理裂隙十分密集时转变为破劈理，其产状基本上与断层的产状平行。同时由于断层两盘剧烈错动，破碎的岩石被碾磨成细小的碎屑和粉末，呈鳞片状或小透镜体状。由于该层主要为碎屑和粉末构成，性质较不稳定，该破碎带也成为掩体中裂隙来源之一。图1褶皱节理与断层节理发育示意图2富水地层的岩性渗透系数取决于岩石的性质，如粒度成分、颗粒排列、充填状况、

5、裂隙性质和发育程度等Ⅲ。其节理裂隙属于构造裂隙和非构造作用下产生的裂隙。在普通地应力下岩性的不同和岩石节理裂隙发育会有不同的岩石渗透系数(见表1)。表1不同岩体裂隙发育的渗透系数岩样岩性空隙情况渗透系数k(cm·s“)较致密、微裂隙1．1E一12～9．5E一9花岗岩含微裂隙1．1E—11_2．5E—lO微裂隙及组裂隙2．8E一9～7E一8致密3E—12—6E一10石灰岩微裂隙、空隙2E一9～3E一9空间较发育9E一5-3E一4致密(1E一13片麻岩微裂隙9E一8—4E一12微裂隙发育2E一6—3E一5玄武岩致密(1E一133水文条件的影响地下水的补充和排出构

6、成了循环动态的地下水系，其主要来源予大气降雨、河流湖泊等地表水、远源地下水。不同的地下水的水源各有不同，但共同点都是通过已有的岩石裂隙流动或渗入，并直接与岩石发生作用。地下岩体裂隙水对岩石结构面和软层、破碎带浸泡、软化，使其强度降低，同时带走软弱面问的充填物，使岩体迅速解体。水体对岩石作用的直接风化来源于水体的pH值、水体温度、水体的水化学类型。其中裂隙水体化学成分主要指标有矿化度TDS、主要阴离子成分，其中HCO，。1是主要的阴离子，含量变化一般在25—210mg／L。据统计雨水中的HCO，。1含量偏低，地表水次之，由于长期处于地下环境，温度等原因影响，化

7、学作用比较明显，导致地下水水体含HCO，。1量最高。cl。的含量却随着深度的增加而降低。除此之外主要阳离子成分包括岩石成分中的溶解盐类的阳离子ca“、Mg“、Na“等。据统计地下水所含ca“的量较高些，变化范围2．68～281．6r,／L，Mg“含量一般在2．69～199．2mg／L，K“含量随深度变化并不明显。对于岩石裂隙发育的影响主要是成酸性或碱性的裂隙水，不断对其腐蚀溶解使得原本微透水变为透水岩层。4高地应力的影响国外学者对此进行了深入的理论与实验研究，形成了公认的光滑裂隙岩体渗流的平方定律(n=gd2／1钆)，和沟槽流模型的立方定律砖=∥／1钆口j。

8、但无论是平方定律还是立方定律，都认为裂隙岩体渗流仅与