高應(yīng)力巷道圍巖系統(tǒng)動(dòng)力變形破壞效應(yīng)模擬.pdf

1、煤礦動(dòng)力擾動(dòng)作用下的動(dòng)力災(zāi)害防治隨礦井向深部延伸越發(fā)突出。本文分高應(yīng)力巷道圍巖動(dòng)力擾動(dòng)為瞬態(tài)卸壓擾動(dòng)和應(yīng)力波擾動(dòng),以砂巖為研究對(duì)象,以理論計(jì)算、數(shù)學(xué)建模和數(shù)值分析為手段,研究巷道掘進(jìn)面不同高應(yīng)力狀態(tài)巖體爆破成單自由面的卸壓擾動(dòng)過(guò)程和單自由面巷道邊幫巖體在不同高應(yīng)力狀態(tài)下受爆炸應(yīng)力波擾動(dòng)過(guò)程巖樣的變形破壞特性,揭示高應(yīng)力巷道圍巖系統(tǒng)動(dòng)力作用下變形破壞規(guī)律,提出高應(yīng)力工程巖體施工注意事項(xiàng)。通過(guò)研究,取得了如下進(jìn)展:
　　1)構(gòu)建高應(yīng)力

2、巷道圍巖動(dòng)力環(huán)境。利用“三準(zhǔn)則”理論和應(yīng)力評(píng)價(jià)體系,研究并認(rèn)為砂巖接近高應(yīng)力狀態(tài)并具有沖擊破壞性,將其物理力學(xué)參數(shù)賦予數(shù)值巖樣。同時(shí),分析了巖體中爆炸應(yīng)力波產(chǎn)生及傳播過(guò)程,并將應(yīng)力波簡(jiǎn)化為三角形波。另外,在分析了巖石加載動(dòng)力學(xué)評(píng)判準(zhǔn)則基礎(chǔ)上,根據(jù)現(xiàn)有瞬態(tài)卸壓研究資料和簡(jiǎn)化壓縮彈簧卸壓過(guò)程產(chǎn)生的加速度場(chǎng),提出巖石“卸載動(dòng)力學(xué)”概念,并初步分析巖石“卸載動(dòng)力學(xué)”需解決的關(guān)鍵問(wèn)題。
　　2)開(kāi)展了數(shù)值巖樣瞬態(tài)卸側(cè)壓成單自由面過(guò)程實(shí)驗(yàn)研究

3、。為了確定瞬態(tài)卸側(cè)壓過(guò)程,討論并計(jì)算了砂巖爆破過(guò)程卸壓時(shí)間,確定了線性卸壓方式,建立了不同應(yīng)力狀態(tài)下真三軸模型,在計(jì)算其三軸抗壓強(qiáng)度的基礎(chǔ)上確定了峰前卸側(cè)壓值。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:瞬態(tài)卸載3后,巖樣軸向應(yīng)力1跌落和橫向應(yīng)變3突跳,且3隨著初始應(yīng)力的增大而增大,并對(duì)2較敏感。根據(jù)能量理論,定性分析了含高彈性應(yīng)變能的數(shù)值巖樣瞬態(tài)卸側(cè)壓過(guò)程能量的耗散途徑。另外,對(duì)比分析了現(xiàn)場(chǎng)高應(yīng)力工程巖體爆破開(kāi)挖瞬態(tài)卸壓過(guò)程巖體大變形實(shí)例,發(fā)現(xiàn)其大變形有突變性特點(diǎn)

4、,與本文研究結(jié)果吻合,也證實(shí)數(shù)值模擬軟件的在研究巖石動(dòng)力學(xué)方面的可行性。
　　3)進(jìn)行了單自由面數(shù)值巖樣應(yīng)力波擾動(dòng)實(shí)驗(yàn)研究。為了選擇平衡穩(wěn)定性較好的單自由面數(shù)值巖樣進(jìn)行應(yīng)力波擾動(dòng)實(shí)驗(yàn),建立了不同應(yīng)力狀態(tài)單自由數(shù)值巖樣,并進(jìn)行了平衡計(jì)算。同時(shí),確定了相等梯度增大的不同應(yīng)力波峰值,以模擬爆炸應(yīng)力波對(duì)遠(yuǎn)近不同巷道邊幫巖體的作用。經(jīng)過(guò)多次擾動(dòng)實(shí)驗(yàn),在對(duì)平衡數(shù)值巖樣初始發(fā)生不可恢復(fù)變形、發(fā)生最大變形和塑性區(qū)擴(kuò)展范圍的變量分析中發(fā)現(xiàn)巖樣初始應(yīng)