裂隙岩体的水力学特性对岩土工程活动产生重要影响,如矿区地表水渗漏、煤层底板承压水突出预防与控制,以及石油开采、地热开采、核废料的埋藏等,都不可避免地涉及到裂隙水的问题。正确掌握节理岩石的透水机理,对于矿山设计、开采安全、以及矿区地下水资源的保护、区域环境安全预测预报都有重要的理论意义和实际价值。本文通过理论分析、数值计算和现场工程应用相结合的方法,对节理岩石透水机理的试验技术进行了系统的分析和研究。首先在分析节理岩石的渗流特性、节理渗流的水力学模型、应力作用下节理渗流演化规律的基础上,发现致密岩石和节理组岩石渗透系数之间存在着非常显著的差异,可以达到8个数量级。致密岩石试件的实验渗透性不能客观准确地反映节理岩石的渗透性。单节理面岩石的达西定理模型及岩石的MTS渗透试验结果,还不能够满足反应节理岩石的渗透性预测的实际需要。进一步通过F-RFPA2D数值模拟计算,研究分析了节理岩石在破坏前后不同变形阶段加载步-垂直载荷-渗透系数之间的关系。结果显示,在线性变形阶段,岩石的渗透系数随应力的增大而减少;在非线性变形阶段,岩石的渗透系数减速变缓;在软化阶段,随着节理岩石裂隙逐渐扩展联通,渗透系数不断增大;不同厚度、不同角度节理在不同垂直载荷作用下,渗透系数变化也不同;剪应力作用下节理岩石更容易发生破坏,渗透系数伴随裂纹的扩展变化而变化,剪应力引起的节理岩石变形对其渗流有重要的影响。通过分析MTS渗流试验方法的原理与特点,提出了综合考虑岩石受力状态、各相异性、节理面粗糙度、节理产状等因素的综合渗透系数的试验测试方法,给出了节理岩石在剪应力作用下透水性检测装置和设计方法。结合黄陵一号煤矿实际工程,分析了该矿3、4采区工作面开采透水机理,发现工作面自开切眼推进到120m,工作面顶板18m以上层位岩层发生离层,裂隙范围进一步加大,出现第一次透水,实际透水量80m3/h;工作面推进到160m,裂隙带高度达到58m,透水量加大,实测透水量140m3/h;工作面推进到240m,裂隙带发育至煤层以上120m处,实测工作面透水量105m3/h,与计算位置一致;工作面推进到280m,裂隙贯穿隔水层底板,裂隙带岩层水流流量加大,实际透水量140m3/h;工作面推进到320m,裂隙带贯穿隔水层,实测透水量105m3/h。模拟过程中的透水量和实际检测到的涌水量相吻合。验证了节理岩石的透水机理与现场的一致性,因此开发节理岩石渗透性检测装置是非常必要的。