楊俊哲，吳作啟，李宏杰，張 彬，季文博

(1.國(guó)能神東煤炭集團(tuán)有限責(zé)任公司，陜西 榆林 719315；2.中煤科工生態(tài)環(huán)境科技有限公司，北京 100013；3.煤炭科學(xué)技術(shù)研究院有限公司 安全分院，北京 100013；4.煤炭資源高效開(kāi)采與潔凈利用國(guó)家重點(diǎn)試驗(yàn)室，北京 100013)

0 引 言

近年來(lái)，眾多專(zhuān)家學(xué)者對(duì)薄基巖厚松散含水層工作面潰水潰砂事故開(kāi)展了大量研究工作。許家林等[1-2]提出了覆巖體系中關(guān)鍵層的判別方法以及不同關(guān)鍵層組合條件對(duì)覆巖破壞特征的影響機(jī)制。黃慶享[3-5]通過(guò)陜北淺埋煤層保水開(kāi)采的模擬研究與采動(dòng)損害實(shí)測(cè)，揭示采動(dòng)覆巖裂縫主要由上行裂縫和下行裂縫構(gòu)成，采動(dòng)斷裂帶的導(dǎo)通性決定著覆巖隔水層的隔水性。試驗(yàn)分析上行斷裂帶發(fā)育高度的計(jì)算公式，模擬測(cè)定下行斷裂帶的發(fā)育深度，基于采動(dòng)裂縫發(fā)育程度與采高和隔水巖組的關(guān)系，提出以隔采比為指標(biāo)的隔水性判據(jù)。侯忠杰[6-7]基于“短砌體梁”結(jié)構(gòu)和“臺(tái)階巖梁”結(jié)構(gòu)理論，對(duì)淺埋煤層砌體梁理論的適用性開(kāi)展了研究，論證了組合關(guān)鍵層理論在揭示淺埋煤層覆巖破壞機(jī)理中的適用性。文獻(xiàn)[8-11]分析了潰砂顆粒在突水潰砂過(guò)程中的受力情況，研究了水力坡度對(duì)水砂啟動(dòng)的影響機(jī)理以及潰水潰砂過(guò)程中孔隙水壓力變化規(guī)律，形成了一整套潰水潰砂機(jī)理、預(yù)警、防治的理論技術(shù)體系，并在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐中取得了良好的應(yīng)用效果。楊偉峰等[12-14]利用模擬試驗(yàn)和理論分析對(duì)淺埋薄基巖煤層開(kāi)采條件下基巖破斷機(jī)理及水砂流運(yùn)規(guī)律開(kāi)展了系統(tǒng)研究。許延春等[15-17]通過(guò)開(kāi)展了含黏砂土流動(dòng)性試驗(yàn)和厚松散層內(nèi)部微變形規(guī)律研究，探討了砂土體特征對(duì)潰水潰砂災(zāi)害啟動(dòng)的影響機(jī)理，針對(duì)裂縫巖體損傷開(kāi)展了注漿加固效果試驗(yàn)，得到了不同巖性定量評(píng)價(jià)注漿效果的方法，為現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐提供了理論依據(jù)。伍永平等[18]以泥砂啟動(dòng)理論為基礎(chǔ)，分析了西部淺埋煤層采場(chǎng)條件下工作面潰水潰砂機(jī)理，以含水層高度為判定依據(jù)，給出了潰水潰砂發(fā)生條件的理論表達(dá)式。郭惟嘉等[19]研制了新型的巖層結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)演化數(shù)控機(jī)械模擬試驗(yàn)系統(tǒng)，從模擬試驗(yàn)角度再現(xiàn)了覆巖涌水潰砂災(zāi)害孕育、發(fā)展及發(fā)生的全過(guò)程，獲得了工作面開(kāi)采過(guò)程中覆巖變形破壞、裂縫發(fā)育擴(kuò)展、水砂通道形成及水砂突涌參數(shù)和特征。蔡光桃等[20]對(duì)采煤垮落帶、斷裂帶上覆松散土層在有采動(dòng)裂縫的情況下發(fā)生滲透變形破壞的種類(lèi)、機(jī)理進(jìn)行了研究，得出了上覆松散土層發(fā)生從上往下滲透變形破壞的臨界水力坡度與松散土層的物理力學(xué)性質(zhì)和裂縫寬度的關(guān)系。

眾多專(zhuān)家基于潰水潰砂災(zāi)害從覆巖裂縫、松散層砂土體屬性方面以試驗(yàn)?zāi)M角度對(duì)薄基巖厚松散含水層工作面潰水潰砂機(jī)理開(kāi)展了深入研究并取得了豐碩成果。但薄基巖厚松散含水層工作面潰水潰砂是一個(gè)很復(fù)雜的工程科學(xué)問(wèn)題，其發(fā)生機(jī)理與煤層開(kāi)采高度、基巖厚度、工作面位置、松散層厚度、松散層土體性質(zhì)、水頭高度及開(kāi)采速度等多因素相關(guān)。

通過(guò)自主研發(fā)的水砂啟動(dòng)條件測(cè)試儀，利用正交試驗(yàn)原理設(shè)計(jì)不同影響因素組合條件下水砂啟動(dòng)試驗(yàn)。獲得了不同試驗(yàn)條件下水砂潰涌試驗(yàn)特征，定量研究了整個(gè)災(zāi)害啟動(dòng)過(guò)程中砂土體內(nèi)部孔隙水壓力變化規(guī)律。分析了不同影響因素對(duì)水砂啟動(dòng)的影響程度，可以為榆神府礦區(qū)薄基巖厚松散含水層工作面安全開(kāi)采提供經(jīng)驗(yàn)參考。

1 水砂潰涌啟動(dòng)測(cè)試儀的研發(fā)與試驗(yàn)方案

1.1 試驗(yàn)背景

神府東勝煤田探明儲(chǔ)量223.6 Gt，占全國(guó)煤炭資源探明儲(chǔ)量的1/3，相當(dāng)于70個(gè)大同礦區(qū)、160個(gè)開(kāi)灤礦區(qū)，是我國(guó)目前探明儲(chǔ)量最大的煤田，也是世界七大煤田之一。該煤田首層煤炭資源普遍賦存深度為100～150 m，平均煤層厚度為5 m，煤層淺而厚、基巖薄、上覆松散層厚度大是該煤田首采煤層典型賦存特征。首層煤炭資源開(kāi)采過(guò)程中發(fā)生過(guò)多次潰水潰砂事故，災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)如圖1所示(哈拉溝煤礦22402工作面)。

圖1 潰水潰砂災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)Fig.1 Scene of water collapse and sand disaster

榆神府礦區(qū)松散層主要是第四系和新近系松散砂層，具有較好的富水性。局部地區(qū)存在薄厚不均的黏土層。淺埋薄基巖工作面開(kāi)采后，上覆巖層發(fā)生垮落破壞，由此形成的縱向貫通裂縫與上覆松散層連通，從而形成潰砂通道。若上覆松散層存在含水層時(shí)，則勢(shì)能較高的潛水就會(huì)形成水源并向下流動(dòng)，為松散砂的運(yùn)動(dòng)提供動(dòng)力，最終在工作面造成潰水潰砂事故。所以潰水潰砂災(zāi)害發(fā)生需具備2個(gè)條件：①自身的水文地質(zhì)條件；②上覆巖層斷裂會(huì)產(chǎn)生縱向貫通裂縫，為水砂沿裂縫運(yùn)移至工作面提供了必要條件。

但由于整個(gè)災(zāi)害的孕育與發(fā)展都在覆巖內(nèi)部進(jìn)行，無(wú)法對(duì)孕災(zāi)過(guò)程和災(zāi)害特征形成有效觀測(cè)與定量研究。為實(shí)現(xiàn)潰水潰砂災(zāi)害的試驗(yàn)室模擬，通過(guò)試驗(yàn)設(shè)備的可視化功能和監(jiān)測(cè)信息的定量獲取與分析，再現(xiàn)不同影響因素組合條件下水砂潰涌啟動(dòng)過(guò)程及運(yùn)移規(guī)律，有針對(duì)性地對(duì)潰水潰砂啟動(dòng)機(jī)制開(kāi)展系統(tǒng)化研究。

1.2 試驗(yàn)設(shè)備研發(fā)

采用預(yù)制混凝土裂縫試件模擬覆巖層的裂縫形式，包括裂縫寬度和傾角，裂縫特征通過(guò)相似材料模擬試驗(yàn)獲得。黏土及砂土密實(shí)度和上覆荷載根據(jù)模擬松散層厚度及容重計(jì)算獲得，試驗(yàn)過(guò)程中通過(guò)氣壓推動(dòng)土壓力補(bǔ)充板進(jìn)行荷載施加。水頭壓力通過(guò)氣壓補(bǔ)給水面實(shí)施加載。

將預(yù)制好的裂縫混凝土試樣放在壓力倉(cāng)底盤(pán)上，覆蓋亞克力板圓筒，圓筒與下底板之間設(shè)置1層橡膠墊以保證裝置氣密性，擰緊螺栓并灌入砂土，通過(guò)壓力盤(pán)來(lái)控制土體的壓實(shí)度，借助氣壓泵實(shí)現(xiàn)對(duì)土體的壓實(shí)。為了保證測(cè)量準(zhǔn)確性，在整個(gè)加壓過(guò)程中應(yīng)保證裝置內(nèi)的土體被壓縮密實(shí)。壓力室為直徑400 mm，高度1 220 mm的亞克力圓筒，裝置上方有1個(gè)注壓孔與壓力管連接，利用氣壓泵對(duì)壓力室內(nèi)的水進(jìn)行加壓，該裝置能實(shí)現(xiàn)變水頭的前提條件是保證裝置的密閉性，通過(guò)調(diào)節(jié)氣壓來(lái)實(shí)現(xiàn)水頭高度變化，氣壓與水頭轉(zhuǎn)化關(guān)系為1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，試驗(yàn)裝置如圖2所示。松散層內(nèi)部預(yù)埋孔隙水壓力傳感器并通過(guò)導(dǎo)線聯(lián)通外部信息采集儀，從而獲得整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中孔隙水壓力變化信息。

1—水壓力信息采集器；2—底座；3—透明亞克力桶；4—頂蓋；5—?dú)飧祝?—注水/進(jìn)氣孔；7—?dú)鈮悍崔D(zhuǎn)控制閥；8—截止閥A；9—?dú)鈮嚎刂崎yA；10—三通接頭；11—?dú)獗茫?2—截止閥B；13—?dú)鈮嚎刂崎yB；14—水源；15—截止閥C；16—快速接頭A；17—快速接頭B；18—截止閥D；19—裂縫通道；20—水壓力傳感器；21—土壓力補(bǔ)充板；22—基巖；23—嵌縫砂；24—黏土層；25—砂層；26—水層；27—空氣；28—密封橡膠圈；29—亞克力桶固接槽；30—法蘭片；31—螺桿；32—螺母；33—旋轉(zhuǎn)螺塞；34—調(diào)平支座圖2 水砂潰涌啟動(dòng)測(cè)試儀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)Fig.2 Test instrument structure design of water and sand burst start test

1.3 試驗(yàn)方案

試驗(yàn)擬定探究的影響因素包括：水頭高度、裂縫特征(裂縫寬度和傾角)、砂土體厚度和密實(shí)度、黏土層厚度等。

根據(jù)正交試驗(yàn)原理和各影響因素實(shí)際工況范圍共設(shè)定25組試驗(yàn)：根據(jù)前述換算結(jié)果，1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓101 kPa約為10 m的水頭高度，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況分別模擬水頭高度4、6、8、10、15 m。通過(guò)相似材料模擬試驗(yàn)確定采動(dòng)影響下裂縫寬度為6、10、12、15、20 mm。裂縫角度設(shè)定為67.5°、70.0°、75.0°、80.0°和90.0°。根據(jù)礦區(qū)實(shí)際的情況，部分地點(diǎn)存在厚度不等的黏土層，試驗(yàn)設(shè)定黏土層厚度分別為0、5.0、7.5、10.0、12.5 cm。設(shè)置上覆松散砂土層厚度為15.0、17.5、20.0、25.0、30.0 cm(說(shuō)明：第5組試驗(yàn)中基巖層高度、黏土層厚度和砂土層厚度的總厚度超過(guò)試驗(yàn)儀器縱向最大可容高度，因此該組試驗(yàn)采用砂土層高度27.5 cm代替30 cm)。根據(jù)實(shí)際工況條件計(jì)算并設(shè)計(jì)砂土體密實(shí)度為0.40、0.45、0.50、0.55、0.60。

2 試驗(yàn)現(xiàn)象描述與分析

模型安裝完畢之后，連接孔隙水壓力傳感器讀數(shù)儀，打開(kāi)底座堵漏托盤(pán)，記錄孔隙水壓力觀測(cè)數(shù)據(jù)，同時(shí)記錄試驗(yàn)現(xiàn)象。托盤(pán)移開(kāi)后，沿裂縫附近兩側(cè)點(diǎn)狀漏水，滲水過(guò)程中水滴下落速度通常是均勻的。

當(dāng)水滴勻速滴落過(guò)程結(jié)束后，開(kāi)始加速下落，同時(shí)其滴水過(guò)程通常伴隨孔隙內(nèi)砂的流出，滴落物為砂水混合物。這是由于前期靜水壓力的滲透作用，導(dǎo)致土體內(nèi)部形成滲流通道?；鶐r上部的水、滲透砂土和黏土達(dá)到貫穿裂縫，并在自重的作用下形成水頭差，此時(shí)裂縫中的砂土在動(dòng)水力作用下被沖刷下來(lái)，形成輕微的管涌現(xiàn)象。黏土層起到一定的阻水效果，黏土層較厚的試驗(yàn)組次中水滴勻速下落和加速下落過(guò)程均較薄黏土層時(shí)長(zhǎng)。

水滴或水砂混合物加速下落后，逐漸形成連續(xù)的水砂混合物，流速增大而后突然間下落，即發(fā)生潰水潰砂。裂縫頂部周?chē)耐馏w將沿著圓錐面不斷下滑，形成較大范圍的漏斗。圓錐形漏斗半徑大小約為模型直徑的1/3，漏斗頂部達(dá)到砂層頂部，漏斗下部約在黏土層以上。整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程概況如圖3所示。

圖3 試驗(yàn)過(guò)程概況Fig.3 Experimental process overview

根據(jù)上述試驗(yàn)現(xiàn)象，對(duì)發(fā)生潰水潰砂形式進(jìn)行如下歸納總結(jié)：①整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中僅有水滴的下落并無(wú)上部松散砂體或者黏土流出，此類(lèi)現(xiàn)象主要是水的滲透作用造成的，此類(lèi)現(xiàn)象歸結(jié)為滲水；②隨著滲水作用逐漸發(fā)展，基巖層上部松散砂體形成微弱的滲流通道，在動(dòng)水力作用下，基巖層上部砂土體沿滲水通道少量流出，此類(lèi)現(xiàn)象歸結(jié)為滲水管涌；③試驗(yàn)過(guò)程中水的流速在某一時(shí)刻突然增大但松散砂土層中土體流出量較少，此類(lèi)現(xiàn)象歸結(jié)為突水管涌；④試驗(yàn)過(guò)程中水流速在某一時(shí)刻突然增大且持續(xù)保持較高的水流速度，松散砂土和黏土均突然間傾瀉而下的現(xiàn)象歸結(jié)為潰水潰砂，潰砂后松散砂層上部將形成坍塌漏斗。

3 水砂潰涌啟動(dòng)影響因素分析

不同試驗(yàn)條件下松散砂土層潰水潰砂結(jié)果見(jiàn)表1。對(duì)不同水頭高度條件下孔隙水壓力數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，當(dāng)水頭高度為4 m，黏土層厚度大于7.5 cm時(shí)，松散砂土僅發(fā)生滲水現(xiàn)象，不會(huì)發(fā)生潰水和潰砂破壞，主要是由于此時(shí)水力坡降較小，其產(chǎn)生的動(dòng)水力作用未能對(duì)上覆松散砂土或黏土造成滲透破壞。

表1 潰水潰砂的形式分析Table 1 Form analysis of water and sand inrush

黏土層的阻水作用主要表現(xiàn)在阻礙水在松散層中的流動(dòng)，黏土層厚度≥20 cm的組次試驗(yàn)現(xiàn)象均表現(xiàn)為滲水；當(dāng)水頭高度為4～8 m，黏土層厚度為0～10 cm，裂縫寬度為8～10 mm時(shí)存在滲水管涌破壞現(xiàn)象；當(dāng)水頭高度為6～15 m，黏土層厚度為5～15 cm，裂縫寬度為8～12 mm時(shí)，水力坡降較僅產(chǎn)生滲水現(xiàn)象的試驗(yàn)組次大，動(dòng)水力將帶走上部松散砂土或黏土中較細(xì)的顆粒而形成突水管涌現(xiàn)象；隨著水頭高度的增大、黏土層厚度減小、裂縫寬度的增大，水力坡降進(jìn)一步增大，潰水潰沙現(xiàn)象逐漸顯現(xiàn)。整個(gè)試驗(yàn)的總體規(guī)律為水頭高度較高、裂縫寬度較大、黏土層較薄、水力坡降較大的試驗(yàn)條件會(huì)導(dǎo)致潰水潰砂現(xiàn)象的發(fā)生。將前述4種試驗(yàn)現(xiàn)象的隸屬度賦值并根據(jù)接近賦值的程度判斷其滲透破壞形式：滲水隸屬度為0，滲水管涌為1，突水管涌為2，潰水潰砂為3。

依據(jù)正交試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理方法采用平均值計(jì)算得到各種試驗(yàn)控制條件的隸屬度，根據(jù)隸屬度和極差判定各因素影響趨勢(shì)及影響程度，各試驗(yàn)條件對(duì)應(yīng)的隸屬度及極差見(jiàn)表2。

表2 各試驗(yàn)條件對(duì)應(yīng)的隸屬度及極差Table 2 Subordinate values and range of each experimental condition

根據(jù)表2，將不同水頭高度、裂縫寬度、裂縫角度、黏土層厚度、砂土層厚度、砂土密實(shí)度對(duì)應(yīng)的隸屬度進(jìn)行繪圖，得到水頭高度與隸屬度關(guān)系，如圖4所示。

圖4 水頭高度與隸屬度關(guān)系Fig.4 Relationship between head height and membership value

采用極差分析法分析各因素對(duì)潰水潰砂啟動(dòng)條件的影響。各影響因素對(duì)潰水潰砂啟動(dòng)影響最重要的因素為水頭高度，影響程度占37.5%。

4 水對(duì)水砂啟動(dòng)影響分析

4.1 水力坡降對(duì)水砂啟動(dòng)影響分析

水力坡降是指沿滲透途徑水頭損失與滲透途徑長(zhǎng)度的比值。臨界水力梯度是指滲流破壞階段的后階段瀕臨流砂時(shí)對(duì)應(yīng)的水力梯度。管涌破壞的臨界水力梯度可根據(jù)其與土中細(xì)粒含量或土的滲透系數(shù)關(guān)系確定。

根據(jù)表1中試驗(yàn)結(jié)果可知，臨界水力坡降與水頭高度差、裂縫密度、裂縫傾角、黏土層厚度、砂土層厚度、砂土層的密實(shí)度和顆粒級(jí)配等有較為密切聯(lián)系，將前述試驗(yàn)現(xiàn)象根據(jù)水力坡降大小劃分為滲水無(wú)管涌型和管涌型破壞2大類(lèi)，如圖5所示。

圖5 水力坡降與破壞類(lèi)型對(duì)照Fig.5 Hydraulic slope and damage type comparison chart

根據(jù)水力坡降劃分松散砂土破壞類(lèi)型，有4組試驗(yàn)將出現(xiàn)僅有滲水而無(wú)管涌的現(xiàn)象，有21組試驗(yàn)發(fā)生管涌型破壞。表1中僅有3種滲水無(wú)管涌的形式出現(xiàn)，這與各組試驗(yàn)中使用的現(xiàn)場(chǎng)砂土試樣的顆粒級(jí)配不完全一致有關(guān)，但采用水力坡降劃分松散砂土的破壞類(lèi)型仍具有較高的精度，可用于判斷富水條件下松散砂土滲透破壞的類(lèi)型。根據(jù)21組發(fā)生管涌和潰水潰砂滲透破壞的臨界水力坡降和對(duì)應(yīng)試驗(yàn)條件的關(guān)系，采用數(shù)學(xué)回歸分析方法計(jì)算臨界水力坡降Jcr見(jiàn)式(1)。

Jcr=33.91+3.84Δh+0.09lD-0.03lα-1.34hc-

1.35hs+5.74Dr

(1)

R2=0.959

式中：Δh為水頭高度差；lD為裂縫寬度；lα為裂縫角度；hc為黏土層厚度；hs為砂土層厚度；Dr為砂土密實(shí)度；R2為決定系數(shù)。

4.2 不同水頭高度條件下孔隙水壓力變化特征分析

根據(jù)試驗(yàn)中測(cè)得的不同試驗(yàn)條件下的孔隙水壓力測(cè)試結(jié)果繪制孔隙水壓力全過(guò)程變化曲線如圖6所示，Sn為第n組試驗(yàn)。

由圖6可知，初始階段孔隙水壓力隨時(shí)間增長(zhǎng)，主要是由于初期模型內(nèi)部水頭高度不斷增加，而松散砂層內(nèi)部滲流通道尚未形成，孔隙水壓力逐漸增大。當(dāng)水頭高度達(dá)到設(shè)定水頭高度時(shí)，靜水壓力作用下，裂縫內(nèi)水均勻滲出，孔隙水壓力基本保持均勻不變或略有降低。

圖6 孔隙水壓力全過(guò)程特征Fig.6 Pore water pressure full process characteristic

隨著滲水通道形成，水流速度逐漸增加，此時(shí)孔隙水壓力出現(xiàn)下降，且下降速度較快。若試驗(yàn)過(guò)程中僅存在滲水而無(wú)管涌破壞，試驗(yàn)后期孔隙水壓力會(huì)維持在一個(gè)恒定的數(shù)值，且這個(gè)數(shù)值較低，介于0～3.5 kPa。第3至第5組試驗(yàn)表現(xiàn)為上述特征。若試驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)了滲水管涌破壞，則下落的水砂混合物中攜帶少量泥砂，此時(shí)砂土內(nèi)部形成一定滲透通道，孔隙水壓力將逐漸降低甚至接近0，第1，2，6，7和11組試驗(yàn)表現(xiàn)為上述特征。若試驗(yàn)過(guò)程中產(chǎn)生管涌或者潰砂時(shí)，涌砂和潰砂口形成后，裂縫上部含水層內(nèi)部孔隙水壓力急劇降低，潰涌過(guò)程結(jié)束后，裂縫上方孔隙水壓力的降低幾乎都不同程度地出現(xiàn)了較大的負(fù)壓，這可能是裂縫中松散砂土突然下降后形成真空負(fù)壓的緣故，這與實(shí)際開(kāi)采過(guò)程覆巖出現(xiàn)垮落或破壞而形成的抽冒現(xiàn)象具有一致特征。隨后孔隙水壓力以較快的速度恢復(fù)到0附近，并在試驗(yàn)后期始終保持在0附近，表明模型上下已經(jīng)通透，裂縫頂部形成鄰空面。第8—10組、第12—25組試驗(yàn)均出現(xiàn)上述特征。

5 結(jié) 論

1)利用自行研發(fā)的水砂潰涌啟動(dòng)測(cè)試儀開(kāi)展了不同影響條件下潰水潰砂災(zāi)害模擬試驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了潰水潰砂災(zāi)害過(guò)程的室內(nèi)重現(xiàn)，得到了災(zāi)害演化特征并定量研究了不同影響因素對(duì)災(zāi)害啟動(dòng)的影響程度。水頭高度在所有影響條件中貢獻(xiàn)最大，影響程度占37.5%，實(shí)際生產(chǎn)中可通過(guò)采前疏放水降低松散含水層水頭高度的方法減少潰水潰砂災(zāi)害的發(fā)生。

2)根據(jù)正交試驗(yàn)結(jié)果開(kāi)展了水力坡降對(duì)潰水潰砂災(zāi)害啟動(dòng)影響的定量分析，結(jié)果顯示臨界水力坡降與水頭高度差、裂縫寬度、裂縫傾角、黏土層厚度、砂土層厚度、砂土層的密實(shí)度和顆粒級(jí)配等因素有關(guān)，通過(guò)數(shù)學(xué)回歸分析方法擬合得到災(zāi)害啟動(dòng)時(shí)臨界水力坡降計(jì)算公式。

3)通過(guò)對(duì)比分析系列模擬試驗(yàn)過(guò)程中孔隙水壓力監(jiān)測(cè)結(jié)果，得到了潰水潰砂災(zāi)害從孕災(zāi)到發(fā)生的孔隙水壓力變化特征。災(zāi)害發(fā)生前都存在孔隙水壓力突降的災(zāi)害特征，可以為現(xiàn)場(chǎng)災(zāi)害監(jiān)測(cè)與預(yù)警提供依據(jù)。