不同孔隙度中心受壓圓形薄板試樣滲透特性試驗研究

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不同孔隙度中心受壓圓形薄板試樣滲透特性試驗研究

張?zhí)燔?，任金虎2，許鴻杰2,3，潘紅宇4，尚宏波4

(1. 西安科技大學理學院，陜西西安，710054；2. 中航工業(yè)信息技術中心金航數(shù)碼科技有限責任公司，北京，100028；3. 西北工業(yè)大學航空學院，陜西西安，710072；4. 西安科技大學安全科學與工程學院，陜西西安，710054)

通過控制砂粒粗細的方法自制不同孔隙度的圓形薄板試樣，利用RSM?SY7基樁多跨孔超聲波自動循測儀測量其孔隙度值并進行標記。利用自主研發(fā)的滲透試驗裝置，在DDL600電子萬能試驗機上進行中心受壓圓形薄板試樣彎曲變形過程中的滲透特性試驗；研究孔隙度對圓形薄板試樣軸向抗壓強度、初始滲透率的影響及其對圓形薄板試樣彎曲變形過程中軸向載荷與滲流量出現(xiàn)峰值時間差的影響，并研究圓形薄板試樣彎曲變形過程中滲透率的變化規(guī)律。研究結果表明：不同孔隙度中心受壓圓形薄板試樣彎曲變形過程中，其滲透率均在整體上呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢；試樣的孔隙度越大，其軸向載荷峰值max、初始滲透率整體越趨于減小；當試樣孔隙度較大時，其彎曲變形過程中軸向載荷峰值先于流量峰值出現(xiàn)，反之，其流量峰值先于軸向載荷峰值出現(xiàn)。

圓形薄板試樣；滲透特性；彎曲變形；撓度；孔隙度

在煤礦開采過程中，頂?shù)装逋虬l(fā)生彎曲變形而破壞，這也是誘發(fā)煤礦突水或煤與瓦斯突出等事故的重要原因之一[1]。國內許多學者對煤巖體破壞過程中的滲透規(guī)律開展了廣泛的探索與研究，取得了顯著的成果。李長洪等[2?4]均采用穩(wěn)態(tài)滲透法，利用伺服試驗機對灰?guī)r、砂巖和標準煤樣變形破壞過程中的滲透特性進行了測試，研究了三種試樣變形破壞過程中軸向應變與滲透率之間的關系。李順才等[5?7]通過軸向壓力分級加載控制的方式，研究了矸石和粗砂巖變形破壞中的滲透特性，得到了滲流穩(wěn)定時的滲透系數(shù)的變化規(guī)律。黃偉等[7?8]完成圓板狀巖樣破壞過程中的滲透特性試驗，得到了圓板狀巖樣滲透率、滲透壓差、滲流速度與軸向載荷之間的關系。此外，許多學者從不同巖性、顆粒粒徑和應力水平等角度對破碎煤巖體的滲透特性進行了深入研究[9?14]。本文作者在以上文獻研究基礎上，給出一種圓形薄板試樣孔隙度的控制及計算方法；考慮不同孔隙度中心受壓圓形薄板試樣彎曲變形過程中的滲透特性，給出中心受壓圓形薄板試樣彎曲變形的允許撓度。

1 試驗原理及模型的建立

1.1 試樣的孔隙度控制方法

采用中心受壓圓形薄板試樣進行彎曲變形過程中的滲透試驗。試驗采用的圓形薄板試樣內部不規(guī)則地分布著孔隙和微小裂隙，沿高度方向，其分為貫通和未貫通2種。因圓形薄板試樣在彎曲變形過程中，未貫通的孔隙和微小裂隙會迅速擴展貫通，且各自體積很小，故假定：1) 圓形薄板試樣內部的孔隙和微小裂隙均貫通；2) 以孔隙和微小裂隙總長度為直徑，圓形薄板試樣頂?shù)酌嬷g的距離為高的圓柱體體積表示孔隙和微小裂隙的總體積。

圓形薄板試樣中所有孔隙空間體積之和1與該圓形薄板試樣體積的比值，稱為該圓形薄板試樣的孔隙度。故圓形薄板試樣的孔隙度為

式中：1為孔隙和微小裂隙總長度，m；2為圓形薄板試樣直徑，m。2可由游標卡尺直接測量，故只需測量圓形薄板試樣孔隙和微小裂隙的總長度2，即可得圓形薄板試樣的孔隙度。

因超聲波沿圓形薄板試樣徑向傳播時間等于其在孔隙、微小裂隙內傳播時間與混凝土中傳播時間之和，則可得

式中：1為超聲波在空氣中的傳播速度，m/s；2為超聲波在混凝土中的傳播速度，m/s。

將式(2)代入式(1)，可得

超聲波在空氣中的傳播速度和溫度有關，其計算公式為

v=331.5+0.6(4)

式中：為溫度，℃。本文取在室溫下，故超聲波在空氣中的傳播速度為v=340 m/s。

超聲波在混凝土中的傳播速度與材料自身的屬性有關，在各向同性固體介質中，可按照下式計算[15]：

式中：為彈性模量，Pa；1為泊松比；為材料密度，kg/m3。

圓形薄板試樣制作完成后，通過測量混凝土的密度、彈性模量以及泊松比等參數(shù)，方可計算出超聲波在各個圓形薄板試樣中的傳播速度。

超聲波沿圓形薄板試樣徑向傳播所需的時間可由RSM?SY7基樁多跨孔超聲波自動循測儀測量。為使測量值更接近真實值，試驗前需采用圖1所示模型，對超聲波沿圓形薄板試樣徑向傳播所需的時間進行多次測量并取平均值。

綜上所述，據(jù)式(3)可算得圓形薄板試樣的孔 隙度。

為研究方便，將聲波沿圓形薄板試樣徑向傳播所需最短時間的圓形薄板試樣孔隙度定義為1，其余圓形薄板試樣所需傳播時間均已測得，故采用類比的方法可得每組圓形薄板試樣孔隙度。

圖1 圓形薄板試樣模型

1.2 圓形薄板試樣制作模具的介紹

本試驗利用一種自行設計的煤巖試樣制備裝置制作圓形薄板試樣，如圖2所示。

(a) 裝置結構示意圖；(b) 內底座結構示意圖1—內底座；2—外底座；3—卡板；4，5—螺栓；6-1—左半缸筒；6-2—右半缸筒；9-1—左凸沿；9-2—右凸沿；10—試樣；11—鏤空條。

圖2 高度可調式煤巖試樣制備裝置

Fig. 2 Preparation device of height adjustable coal rock specimen

利用本裝置制備煤巖樣的具體過程如下：

1) 計算內底座1需要嵌入缸筒內的高度，記為；

2) 扳動十字形卡板3，沿4個長條形鏤空條11上下滑動，通過刻度12查看十字形卡板3滑動的位置，使其頂面與內底座1的頂面之間的距離為，將內底座1的下部套裝到外底座2內，且將十字形卡板3搭接在外底座2的頂部，通過第1螺栓5將左半缸筒6-1和右半缸筒6-2固定連接成圓柱形缸筒，套裝在內底座1的上部，并通過第2螺栓4和螺母13將十字形卡板3與左凸沿9-1和右凸沿9-2固定連接在一起。

3) 將實驗材料裝入圓柱形缸筒，并采用夯實棒7進行夯實，完成煤巖試樣10的制備。

依據(jù)上述原理，通過調節(jié)十字形卡板3滑動的位置，可制備出試驗所需的圓形薄板試樣。

1.3 滲透率及力學模型的建立

本試驗采用穩(wěn)態(tài)滲透法，測定中心受壓圓形薄板試樣彎曲變形過程中的滲透特性。

滲透率可由穩(wěn)態(tài)滲透法測定，根據(jù)Darcy定律：

式中：為通過圓形薄板試樣的流量，m3/s；為圓形薄板試樣滲透率，m2；為圓形薄板試樣的截面積，m2；Δr為圓形薄板試樣上下端壓力差，Pa；為滲透液動力黏度，Pa?s；由滲透液體本身屬性得，=1.96×10?2Pa?s；為圓形薄板試樣的高度，m。

因此，將式(6)變形可得滲透率：

分析圓形薄板試樣在試驗過程中的受力情況，建立其在彎曲作用下的力學模型。本試驗中，電子萬能試驗機的壓頭在圓形薄板試樣上端面沿周長方向作用向下的壓力，圓形薄板試樣下端面承受均勻分布的滲透壓和錐形壓頭的集中力。作用于圓形薄板試樣上端面的力沿周長方向分布，故可等效于圓形薄板試樣邊緣是夾住的情況。

為分析方便，將均勻分布的滲透壓和錐形下壓頭的集中力分別受力分析后再進行疊加。

取圓形薄板試樣的中心為原點，取垂直于圓形薄板試樣頂?shù)酌妫医涍^原點的法線為軸，正方向向下，取圓形薄板試樣的任意一個半徑方向作為極軸，均勻分布的滲透壓可視為對稱分布的法向載荷，見圖3。

在圖3所示的坐標系中，撓度確定一旋轉面，載荷和撓度均是的函數(shù)。據(jù)面板的彎曲理論、夾住邊的邊界條件和中心條件，可得圓形薄板試樣撓度的表達式：

式中：為均布荷載，N/m2；為試樣半徑，m；1為各向同性性系數(shù)；為試樣彎曲剛度，。

圖3 作用均布載荷的圓形薄板試樣

試驗中所采用的圓形薄板試樣均是各向同性板，故在1=1時，得到各向同性板的撓度：

最大撓度發(fā)生在中心點，即=0，將其代入式(9)可得：

同樣地，建立如圖4所示的坐標軸。其中，錐形下壓頭的集中力可視為作用于板面中心的集中力。

同理，可得在圓形薄板試樣中心處受集中力作用時，各向同性板的撓度：

圖4 圓形薄板試樣作用集中力

式中：為作用于圓形薄板試樣中心的集中力，N。

最大撓度發(fā)生在中心點，即=0，故對式(11)取的極限，可得

根據(jù)疊加原理可得中心受壓圓形薄板試樣在彎曲變形過程中最大撓度為

試驗中設定的滲透壓0為定值，即為定值；試樣剛度由材料的自身屬性決定。故由式(13)可知，在試驗中撓度因集中力的變化而變化，其呈現(xiàn)正相關關系。由力的平衡條件可得集中力為

=?0π2(14)

式中：為活塞對圓形薄板試樣上端面的作用力。中心受壓圓形薄板試樣在彎曲變形過程中，作用力會出現(xiàn)峰值，故由式(14)可知：集中力也將出現(xiàn)峰值max。將峰值max代入式(13)，可得中心受壓圓形薄板試樣彎曲變形過程中的最大撓度[max]，令其為允許撓度。

礦井頂?shù)装暹_到允許撓度后將會發(fā)生破壞，從而將可能引發(fā)突水和煤與瓦斯突出等災害，故限制最大撓度不超過允許撓度，建立中心受壓圓形薄板試樣彎曲變形的剛度條件：

通過試驗可得圓形薄板試樣破壞前的允許撓度。

2 試樣制備及試驗方法

2.1 試樣制備

煤巖樣破壞過程中滲透特性的主要研究內容是分析不同孔隙度的巖樣破壞過程中的滲透特性，因此，試驗中的試樣應具有不同的孔隙度特性。考慮到影響人工試樣孔隙度的主要因素是砂粒粒徑配比[16]，影響巖石滲透率的主要因素是組成巖樣的砂粒粒徑，而其他因素如水泥、水、膨脹劑等，對巖樣的孔隙度和滲透率的影響極其微小，因此，試驗中的圓形薄板試樣主要通過控制原料中砂粒的粗細來控制其孔隙度。由于水泥砂漿材料與巖體同屬脆性材料，故采用水泥砂漿試樣模擬巖石試件實驗。

試驗中利用孔隙直徑為0.3，0.6，0.9，1.2和1.5 mm的分選篩，篩出孔隙直徑為0~0.3 mm的樣砂，標記為1；0.3~0.6 mm的樣砂標記為2；0.6~0.9 mm的樣砂標記為3；0.9~1.2 mm的樣砂標記為4；1.2~1.5 mm的樣砂標記為5；將2種不同粒徑的樣砂按照質量比1:1混合并標記，例如：將1和2樣砂按質量比1:1混合，得到的混合砂標記為1-2；將3種不同粒徑的樣砂按照質量比1:1:1混合并標記，例如：將1，2和3樣砂按質量比1:1:1混合，得到的混合砂標記為1-2-3；將4種不同粒徑的樣砂按照質量比1:1:1:1混合并標記，例如：將1，2，3和4樣砂按質量比1:1:1:1混合，得到的混合砂標記為1-2-3-4；將1，2，3，4和5樣砂按質量比1:1:1:1:1混合，得到的混合砂標記為1-2-3-4-5。

將配比好的樣砂按照水泥、砂、水質量比為1:2:0.57配比，并利用圖2所示煤巖試樣制備裝置進行圓形薄板試樣的制作。所用水泥為425號礦渣硅酸鹽水泥，砂為標準模型砂。在溫度為18 ℃的條件下澆注經養(yǎng)護28 d后實驗。配置的圓形薄板試樣要求是圓柱形，直徑與缸筒內徑相等(直徑為50 mm)，高度為10 mm。試驗前需對圓形薄板試樣表面進行打磨，故圓形薄板試樣高度與直徑之比應小于1/5[15]，據(jù)薄板的小撓度彎曲理論可知試驗中的試樣符合薄板條件。

圓形薄板試樣制作完成后，其中部分圓形薄板試樣制作效果并不理想，故需對上述圓形薄板試樣進行篩選。篩選原則如下。

1) 采用肉眼觀察的方法，表面有裂隙的圓形薄板試樣均剔除；

2) 通過RSM?SY7基樁多跨孔超聲波自動循測儀測量超聲波沿圓形薄板試樣徑向傳播所需的時間，分析對比3次測量所得的傳播時間。若同一圓形薄板試樣其中1組測得的傳播時間與其他2組測得的傳播時間相差20 μs，則說明圓形薄板試樣沿某一徑向內部具有較大裂隙，故需將其剔除。

按照上述篩選原則，選出標記為2-3-4-5，1，1-2，1-3，1-4，1-5，2，2-3，2-4，3-4，4-5和1-2-3-4-5的圓形薄板試樣，按上述順序將其重新編號為①~?。

2.2 試驗方法

試驗系統(tǒng)由DDL600電子萬能試驗機、滲透儀、滲流回路、液壓泵及液壓附件組成，如圖5所示。其中：滲透回路由液壓泵、壓力傳感器、換向閥、截止閥、流量傳感器等組成；滲透儀由缸筒、活塞、底板、鋼圈、透水板等組成。

1—單向閥；2—滲透液流量計；3—液壓泵；4—滲透液箱；5—壓力表；6—溢流閥；7—滲透裝置；8—計算機。

圖5 滲透試驗系統(tǒng)示意圖

Fig. 5 Sketch map of permeability test system

試驗前采用已篩選的圓形薄板試樣，將其裝入滲透儀裝置中并用密封材料進行密封，得到試驗所需的滲透裝置。將滲透裝置置于電子萬能試驗機壓盤之上并與下壓頭中心對正，調節(jié)電子萬能試驗機下壓頭，使其與滲透裝置初始接觸；啟動液壓泵同時打開進油閥，緩慢調節(jié)滲透壓至0.5 MPa，且保持恒定；打開電子萬能試驗機控制軟件，調節(jié)下壓頭下壓速度為0.5 mm/min并開始試驗；記錄下壓時間、軸向載荷、軸向位移，同時打開無紙記錄儀，記錄滲透壓及通過圓形薄板試樣的流量；待主機顯示試樣破斷，停止采集試驗數(shù)據(jù)并保存。按照上述試驗方法完成中心受壓圓形薄板試樣彎曲變形過程中的滲透特性測試。在試驗過程中，為提高試驗的成功率，需注意以下2點：1) 密封材料的選取與配置；2) 因圓形薄板試樣破壞后產生的細屑容易堵塞管路，故每組試驗前均需檢查管路是否暢通。

3 試驗結果與分析

共完成12個中心受壓圓形薄板試樣彎曲變形過程中的滲透特性測定，試驗過程中記錄和測量的主要參數(shù)如表1所示。

本文以⑨號圓形薄板試樣為例，建立中心受壓圓形薄板試樣彎曲變形過程中兩端孔隙壓、滲透率與撓度之間的曲線，如圖6所示。將表1中不同孔隙度中心受壓圓形薄板試樣的軸向載荷峰值max、初始滲透率、與出現(xiàn)峰值時間差建立關于孔隙度之間的曲線，見圖7~9。

表1 圓形薄板試樣滲透過程中的主要參數(shù)

1—滲透率；2—孔隙壓。

圖6 撓度與滲透率曲線

Fig. 6 Curves of deflection and permeability

圖7 孔隙度與軸向載荷峰值曲線

圖8 孔隙度與初始滲透率曲線

圖9 孔隙度與時間差曲線

4 試驗現(xiàn)象與分析

中心受壓圓形薄板試樣在彎曲變形過程中，隨著撓度的增大微裂隙開始擴展、貫穿，此時圓形薄板試樣上端面有滲透液流出，當圓形薄板試樣完全破壞時，滲透液流量出現(xiàn)最大值，且max=630 mL/h。在軸向載荷、滲透壓及錐形壓頭的共同作用下，中心受壓圓形薄板試樣完全破壞時的破裂面呈圓錐形狀。

中心受壓圓形薄板試樣在整個彎曲變形過程中滲透率和孔隙壓的變化曲線見圖6。由圖6可知，初始時刻圓形薄板試樣的滲透率為0，從撓度=1.8 mm開始，滲透率急劇增加；在=2.0 mm左右，滲透率出現(xiàn)峰值，之后滲透率開始減小。這是由于圓形薄板試樣在軸向載荷作用下，其內部微裂隙開始擴展、貫穿，隨著撓度的增加，微裂隙迅速貫穿，圓形薄板試樣發(fā)生破壞且中間開始貫通，滲透率出現(xiàn)峰值。此時，由于圓形薄板試樣中間貫通，其兩端壓力差由恒定的0.5 MPa開始下降，滲透率開始減小并最終減為0。經過對其他圓形薄板試樣進行處理，發(fā)現(xiàn)同樣存在如上規(guī)律。

由圖7可見：孔隙度越大的圓形薄板試樣，其軸向載荷峰值max整體越趨于減小，且孔隙度＜1.03時，軸向載荷峰值max減小的幅度較大，孔隙度≥1.03時，軸向載荷峰值max出現(xiàn)微小波動。這是因為試驗過程中，各圓形薄板試樣的孔隙結構不同，造成其內聚力和內摩擦角的各異性和不確定性，從而影響各圓形薄板試樣在彎曲過程中的承壓能力，具體如下：

假設圓形薄板試樣兩端面完全光滑，且各項同性，根據(jù)普朗德爾?賴斯納極限承載力公式，可得

p=cN+qN(17)

式中：p為圓形薄板試樣的極限承載力，MPa；為圓形薄板試樣的黏聚力，MPa；為圓形薄板試樣上對稱分布的法向載荷，MPa。

N=(N?1)cot(19)

式中：N和N為承載力因數(shù)，是僅與有關的量綱數(shù)，為圓形薄板試樣的內摩擦角。當∈(0，)時，承載力因數(shù)N是關于內摩擦角的增函數(shù)，將式(18)代入式(19)可得：

由式(14)可知圓形薄板試樣的軸向載荷峰值為

max=max0π2(21)

當圓形薄板試樣軸向載荷出現(xiàn)峰值max時，式(15)給出了圓形薄板試樣彎曲變形過程中的允許撓度[max]，即圓形薄板試樣達到極限承載能力，則由式(17)和(21)可得

將式(22)代入式(17)，可得

max=π2(cN+qN) (23)

試樣密度愈大，磨圓度愈小，咬合作用愈強，其內摩擦角和內聚力愈大。故對于孔隙度越大的圓形薄板試樣，其內聚力與內摩擦角越小，由式(18)和(20)可知，圓形薄板試樣內聚力與內摩擦角越小，承載力因數(shù)N和N越小。因此，由式(23)可知，對于孔隙度越大的圓形薄板試樣，其軸向載荷峰值max整體越趨于減小。當孔隙度≥1.03時，軸向載荷峰值出現(xiàn)微小波動，這是因為圓形薄板試樣內聚力受含水量的影響很大[17]，低濕度狀態(tài)下內聚力較大，潮濕狀態(tài)下內聚力較小。試驗過程中部分圓形薄板試樣受潮造成軸向載荷峰值在孔隙度≥1.03時出現(xiàn)微小波動。因此，對于頂?shù)装鍘r層孔隙度較大的礦井可通過注漿等方式增加巖層密實度，從而提高礦井頂?shù)装迤茐倪^程中的極限承載力，減少礦井頂?shù)装逋凰兔号c瓦斯突出等礦井災害的發(fā)生。

將各中心受壓圓形薄板試樣彎曲變形過程中剛出現(xiàn)流量時的滲透率視為圓形薄板試樣初始滲透率。孔隙度越大的圓形薄板試樣，其初始滲透率整體越趨于減小。這是因為，在中心受壓圓形薄板試樣彎曲變形過程中，孔隙度較小的圓形薄板試樣，其內部微小裂隙未擴展、貫通之前便出現(xiàn)大裂紋而發(fā)生破壞，且部分圓形薄板試樣上端面的流量瞬間達到最大值；孔隙度較大的圓形薄板試樣，其未完全破壞之前，內部微小裂隙迅速擴展并貫通，此時圓形薄板試樣上端面出現(xiàn)較小流量。

由圖9可知：中心受壓圓形薄板試樣彎曲變形過程中，孔隙度較大(大于1.03)的圓形薄板試樣，其軸向載荷峰值先于流量峰值出現(xiàn)；孔隙度較小(小于1.03)的圓形薄板試樣，其流量峰值先于軸向載荷峰值出現(xiàn)。這是由于孔隙度較大的圓形薄板試樣，其彎曲變形過程中所能承受的軸向載荷較小，即圓形薄板試樣內部未完全貫通之前，圓形薄板試樣撓度便達到允許撓度，因此，由式(14)和(15)可知軸向載荷出現(xiàn)峰值；孔隙度較小的圓形薄板試樣，其撓度未達到允許撓度，內部就出現(xiàn)完全貫通的現(xiàn)象，即圓形薄板試樣上端面流量出現(xiàn)峰值。因此，對于礦井中孔隙度不同的頂?shù)装澹鋸澢冃芜^程中允許撓度與最大流量出現(xiàn)的先后時間有較大差別，可根據(jù)頂?shù)装蹇紫抖鹊牟煌x取不同的監(jiān)測方法，以防止頂?shù)装宓目迓浠蛲凰鹿实陌l(fā)生。

5 結論

1) 中心受壓圓形薄板試樣彎曲變形過程中，滲透液流量將會出現(xiàn)最大值，且max=630 mL/h。在軸向載荷、滲透壓及錐形壓頭的共同作用下，圓形薄板試樣完全破壞時的破裂面呈圓錐形狀。

2) 在試驗過程中，隨著圓形薄板試樣撓度的增大，其滲透率從0開始增大，在=2.0 mm左右，滲透率出現(xiàn)峰值，此時圓形薄板試樣中間開始貫通，試樣兩端孔隙壓迅速下降，滲透率開始減小并最終減 為0。

3) 采用的試驗方法可獲取不同孔隙度中心受壓圓形薄板彎曲變形過程中的軸向載荷峰值。不同孔隙度中心受壓圓形薄板試樣其極限承載力相差較大。在實際生產中，對于頂?shù)装鍘r層孔隙度較大的礦井可通過注漿等方式增加巖層密實度，提高礦井頂?shù)装逶趶澢冃芜^程中的極限承載力，減少礦井頂?shù)装逋凰兔号c瓦斯突出等礦井災害的發(fā)生。

4) 中心受壓圓形薄板試樣在彎曲變形的過程中，孔隙度越大的圓形薄板試樣，其初始滲透率整體越趨于減小；由于圓形薄板試樣孔隙度的不同，軸向載荷峰值與流量峰值出現(xiàn)的先后時間有較大的差別。可根據(jù)頂?shù)装蹇紫抖鹊牟煌x取不同的監(jiān)測方法，以防止頂?shù)装宓目迓浠蛲凰鹿实陌l(fā)生。

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(編輯 楊幼平)

Experimental study on permeability parameters of circular thin plate specimens with different porosities under center pressure

ZHANG Tianjun1, REN Jinhu2, XU Hongjie2, 3, PAN Hongyu4, SHANG Hongbo4

(1. Xi’an University of Science and Technology, Faculty of Science, Xi’an 710054, China;2.AVIC Information Technology Co. Ltd., Beijing 100028, China;3. Northwestern Polytechnical University, College of Aviation, Xi’an 710072, China;4. Xi’an University of Science and Technology, College of Safety Science and Engineering, Xi’an 710054, China)

The circular thin plate specimens of different porosity were made by the method of controlling sand sizes. RSM?SY7 automatic ultrasonic measuring instrument with foundation piles and more cross-holes was used to measure and mark the values of porosity. Permeability test in the process of bend and deformation of thin circular plate specimens under axial compression was carried out by DDL600 electronic universal testing machine and self-developed infiltration testing device; the axial compressive strength and initial permeability of the circular thin plate specimens caused by porosity were investigated; time difference between axial load and peak of seepage flow caused by the porosity in deformation process of the circular thin plate bending specimen was explored; the permeability variation of circular thin plate specimens in the process of bending deflection was also studied. The results show that in the process of bending deflection of the circular thin plate, the permeability of the circular thin plate specimens in different porosities has a tendency of initial increase then decrease in general when the center of the circular thin plate specimens is compressed.The greater the porosity of the sample, the smaller the axial loadpeak value ofmaxand the initial permeability. When the porosity of the sample is becoming larger, the axial loadpeak value ofmaxemerges prior to the flow ofpeak. Conversely, the flow ofpeak emerges prior to the axial loadpeak value ofmax.

circular thin plate specimens; permeability; bending deformation; deflection; porosity

10.11817/j.issn.1672-7207.2016.12.026

TD315

A

1672?7207(2016)12?4154?09

2015?12?18；

2016?03?10

國家自然科學基金資助項目(51174158，51374168，51474172)(Projects(51174158, 51374168, 51474172) supported by the National Natural Science Foundation of China)

張?zhí)燔姡淌冢┦可鷮煟瑥氖碌V山災害力學研究；E-mail：tianjun_zhang@126.com