多物理场耦合作用下裂隙岩体瓦斯迁移规律研究

doi:10.3973/j.issn.2096-4498.2021.03.006

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隧道建设（中英文） ›› 2021, Vol. 41 ›› Issue (3): 388-395.DOI: 10.3973/j.issn.2096-4498.2021.03.006

多物理场耦合作用下裂隙岩体瓦斯迁移规律研究

杨本伟¹，陈相^{2, 3， *}，林志³ ，杨红运³，郑恩树⁴，赵天伟⁴

（1. 中铁建重庆投资集团有限公司，重庆 400700; 2. 重庆三峡学院土木工程学院，重庆 404100； 3. 重庆交通大学土木工程学院，重庆 400074； 4. 重庆铁发建新高速公路有限公司，重庆 400711)

出版日期:2021-03-20 发布日期:2021-04-03
作者简介:杨本伟(1975—)，男，河南信阳人，1998年毕业于石家庄铁道学院，桥梁专业，硕士，高级工程师，现从事高速公路建设管理工作。Email： 910611791@qq.com。*通信作者：陈相， Email： 804443258@qq.com。
基金资助:
国家自然科学基金项目(52078089, 51904043, 52078090)；重庆市教委项目(KJQN201901240)；重庆市三峡水库岸坡与工程结构灾害防控工程技术研究中心开放基金(SXAPGC19ZDI02)

Research on Gas Migration Law in a Fractured Rock Mass under Coupling Action of Multiple Physical Fields

YANG Benwei¹, CHEN Xiang^{2, 3, *}, LIN Zhi³, YANG Hongyun³, ZHENG Enshu⁴, ZHAO Tianwei⁴

(1.CRCC Chongqing Investment Group Co., Ltd., Chongqing 400700, China; 2. College of Civil Engineering, Chongqing Three Gorges University, Chongqing 404100, China; 3. College of Civil Engineering, Chongqing Jiaotong University, Chongqing 400074, China; 4. Chongqing Tiefa Jianxin Expressway Co., Ltd., Chongqing 400711, China)

Online:2021-03-20 Published:2021-04-03

摘要/Abstract

摘要： 为揭示复杂煤系地层高瓦斯区隧道开挖过程中的瓦斯迁移规律，基于多物理场耦合作用机制，推导瓦斯渗透热流固耦合模型，基于该模型开展煤系地层裂隙岩体瓦斯迁移特征研究，分析揭煤后瓦斯随时间的迁移特性。结果表明： 1）距掌子面越远瓦斯压力降低速度越慢，其中掌子面处瓦斯压力降低最快，压力场在20 h后达到平衡，距离掌子面越远瓦斯压力达到平衡的时间越长； 2）隧道开挖后，影响范围内岩体孔隙率整体呈现出降低的趋势，在前10 h内降低幅度最大，随后降低梯度逐渐变小，孔隙率降低变化量随着距离掌子面越远变化值越低，达到稳定的时间也随之越长； 3）当隧道未掘进煤层时，掌子面前方瓦斯压力较小，在前15 h内瓦斯压力降低较快，不同距离下瓦斯压力变化趋势相同，随着距煤层距离的增加，最终瓦斯压力稳定值呈相反变化趋势，在40 h后趋于稳定。

关键词: 公路隧道, 煤系地层, 裂隙岩体, 瓦斯迁移, 热流固耦合

Abstract: To determine the law of gas migration in the process of tunnel excavation in a highgas area of complex coal strata, a thermalhydrologicalmechanical (THM) coupling model of gas permeability based on the mechanism of multiple physical fields is derived. The characteristics of gas migration over time are discussed. The results show the following. (1) The gas pressure decreasing speed decreases with increasing distance from the tunnel face, and the gas decreasing speed is highest at the tunnel face. The pressure field reaches a new balance after 20 hours, and the greater the distance from the tunnel face, the more time is needed for gas pressure to reach a new balance. (2) The porosity of the rock mass shows a decreasing trend overall. The rock mass porosity clearly decreases in 10 hours, and the decreasing amplitude decreases and time for balance increases with increasing distance from the tunnel face. (3) When the coal seam has not been excavated, the gas pressure ahead of the tunnel face is relatively low, and the gas pressure decreases rapidly in 15 hours; the gas pressure varies at different distances from the tunnel face, and it reaches a new balance after 40 hours.

Key words: highway tunnel, coal strata, fractured rock mass, gas migration, thermalhydrologicalmechanical (THM) coupling

中图分类号:

U 45

杨本伟 , 陈相, 林志 , 杨红运 , 郑恩树, 赵天伟. 多物理场耦合作用下裂隙岩体瓦斯迁移规律研究[J]. 隧道建设, 2021, 41(3): 388-395.

YANG Benwei, CHEN Xiang, LIN Zhi, YANG Hongyun, ZHENG Enshu, ZHAO Tianwei. Research on Gas Migration Law in a Fractured Rock Mass under Coupling Action of Multiple Physical Fields[J]. Tunnel Construction, 2021, 41(3): 388-395.

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多物理场耦合作用下裂隙岩体瓦斯迁移规律研究

Research on Gas Migration Law in a Fractured Rock Mass under Coupling Action of Multiple Physical Fields

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