層狀巖層裂紋飽和現(xiàn)象的數(shù)值模擬研究.pdf

1、層狀巖層的裂紋飽和現(xiàn)象是自然界一種非常普遍的現(xiàn)象，同時(shí)也是地質(zhì)工程界和采礦工程界的一個(gè)熱點(diǎn)問(wèn)題。由于巖層的裂紋飽和現(xiàn)象是地質(zhì)活動(dòng)在非常復(fù)雜的條件下長(zhǎng)期演變的結(jié)果，所以很難在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行研究和重現(xiàn)。對(duì)于巖層裂紋飽和現(xiàn)象的研究，絕大多少的研究工作者僅停留在對(duì)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)得數(shù)據(jù)的分析上或者一些不完善的理論假說(shuō)上。本文基于有限元程序?qū)訝顜r層的裂紋飽和現(xiàn)象進(jìn)行分析，并得出了裂紋從產(chǎn)生到飽和的過(guò)程，進(jìn)一步分析了裂紋的產(chǎn)生和擴(kuò)展規(guī)律，主要內(nèi)容如下：

2、 1.介紹了地質(zhì)工程中存在的層狀巖層的裂紋飽和現(xiàn)象；概述了國(guó)內(nèi)外層狀巖層裂紋飽和現(xiàn)象的研究現(xiàn)狀。 2.應(yīng)用有限元計(jì)算軟件，建立一個(gè)三層的層狀巖層的模型，首先在模型的中間巖層中引入四條裂紋，通過(guò)改變裂紋的間距來(lái)觀察相鄰裂紋之間的應(yīng)力分布隨裂紋間距的變化而變化的情況。研究發(fā)現(xiàn)相鄰裂紋之間的應(yīng)力分布隨裂紋間距的不斷減小經(jīng)歷了一個(gè)從拉應(yīng)力狀態(tài)到壓應(yīng)力狀態(tài)的變化過(guò)程。相鄰裂紋之間的應(yīng)力狀態(tài)的轉(zhuǎn)變解釋了層狀巖層產(chǎn)生裂紋飽和狀態(tài)的原因。通過(guò)非

3、均勻性的引入，研究了巖層的非均勻性對(duì)巖層中應(yīng)力分布的影響。數(shù)值模擬的結(jié)果再現(xiàn)了層狀巖層從裂紋產(chǎn)生到裂紋飽和的全過(guò)程；并給出了裂紋的產(chǎn)生、擴(kuò)展規(guī)律。 3.改變模型的邊界條件，發(fā)現(xiàn)層狀模型在垂直方向上受到了壓應(yīng)力作用下，相鄰裂紋之間的應(yīng)力分布同樣經(jīng)歷了一個(gè)從拉應(yīng)力狀態(tài)到壓應(yīng)力狀態(tài)的轉(zhuǎn)變過(guò)程；相應(yīng)地得到了層狀巖層模型在垂直受壓條件的裂紋飽和現(xiàn)象。由于在多數(shù)情況下巖層是處于上覆巖層的壓應(yīng)力狀態(tài)下的，所以這個(gè)結(jié)果使得我們的研究工作更具有普