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采动卸荷下连续开采诱导放顶动力响应模拟研究

作　者: 雷涛
导　师: 胡建华
学　校: 中南大学
专　业: 采矿工程
关键词: 卸荷岩体力学诱导岩体卸荷带爆破损伤隐显式分析预裂缝
分类号: TD311
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

地下岩体的开挖引起原岩应力场扰动并使之重新分布,是一个典型的卸荷力学过程。对这一类问题,传统的加载分析方法由于忽略了卸荷效应的影响,导致分析结果与工程实际不相吻合。基于连续采矿的顶板诱导崩落技术具有创新高效的特点,而作为其工程对象的诱导岩体表现出典型的卸荷特征。因此,对诱导岩体进行卸荷分析,探讨岩体系统的稳定性、扰动力学响应以及岩体质量劣化规律,可更好地保障诱导崩落采矿技术的安全实施。以华锡集团铜坑矿92#矿体连续采矿顶板诱导崩落试验采场为研究对象,基于卸荷分析方法,针对地下采矿岩体工程的诱导效应问题进行了研究。主要研究内容包括：研究了采动卸荷岩体力学参数的劣化规律,基于影响区域理论对诱导岩体的卸荷带进行了划分,探讨了卸荷分析的方法和流程。构建了铜坑矿92#矿体连续开采的有限元模型,采用岩体动态力学参数开展了卸荷分析。结果显示：卸荷分析的顶板最大拉应力、下沉位移以及等效塑性应变分别达到1.5Mpa、20cm和1.5e10-2,较常规分析的1.0Mpa、13cm和0.9e10-2要大,与实际情况更为接近；连续采矿开采的最大步距为48m,表明在开采两个步距后,应当对顶板进行诱导处理。根据铜坑矿92“矿体连续开采顶板诱导崩落方案,运用ANSYS/LS-DYNA隐显式序列分析方法,探讨了在初始地应力场和扰动应力场条件下,爆破动载荷对卸荷岩体及其应力场的力学响应规律。基于岩石动力强度和破坏准则,以H-J-C损伤模型为蓝本,自定义了考虑岩体拉剪破坏的动力损伤材料模型；构建了卸荷岩体的单孔计算模型,研究了诱导岩体受爆破动载荷的损伤及其裂纹的扩展规律；构建了预裂缝的计算模型,模拟了预裂缝的形成过程,并结合现场电视钻孔试验分析了预裂缝形成过程中的力学效应。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章绪论  9-17
  1.1 研究意义  9-10
  1.2 国内外研究现状  10-14
    1.2.1 卸荷岩体力学研究现状  10-13
    1.2.2 岩体爆破损伤研究现状  13-14
  1.3 本文的主要研究内容  14-15
    1.3.1 卸荷岩体力学分析方法的确立  14-15
    1.3.2 卸荷条件下地下矿山开采过程模拟及其力学响应  15
    1.3.3 卸荷条件下爆破动载荷对诱导岩体的扰动力学响应分析  15
    1.3.4 诱导岩体爆破损伤及裂隙发育规律分析  15
  1.4 研究的技术路线和手段  15-17
第二章采动卸荷岩体参数劣化规律研究  17-32
  2.1 引言  17
  2.2 采动卸荷岩体力学参数劣化规律  17-27
    2.2.1 开挖卸荷模拟方法  18-19
    2.2.2 开挖卸荷力学参数理论解  19-21
    2.2.3 开挖卸荷力学参数计算  21-27
  2.3 地下开挖卸荷带的确定和划分  27-29
  2.4 卸荷岩体分析步骤  29-31
  2.5 本章小结  31-32
第三章基于卸荷理论的连续采矿动力响应数值分析  32-50
  3.1 引言  32
  3.2 卸荷连续采矿的数值模型  32-37
    3.2.1 模型构建  33-34
    3.2.2 卸荷带划分  34-35
    3.2.3 有限元模型  35-37
  3.3 卸荷连续开采动力响应分析  37-48
    3.3.1 初始状态  37-38
    3.3.2 位移分析  38-42
    3.3.3 应力分析  42-46
    3.3.4 塑性区分析  46-48
    3.3.5 卸荷力学参数  48
  3.4 本章小结  48-50
第四章采动卸荷下爆破放顶岩体的诱导力学响应分析  50-64
  4.1 引言  50
  4.2 ANSYS/LS-DYNA隐显式分析简介  50-53
    4.2.1 静力学数值计算方法  50-51
    4.2.2 动力学数值计算方法  51-53
    4.2.3 隐显式分析基本过程  53
  4.3 采动卸荷爆破放顶数值模型  53-55
    4.3.1 数值模型的构建  53-54
    4.3.2 材料模型及状态方程  54-55
  4.4 采动卸荷下爆破放顶岩体的诱导力学响应  55-63
    4.4.1 隐式计算结果  55-57
    4.4.2 显式计算结果  57-60
    4.4.3 结果讨论  60-63
  4.5 本章小结  63-64
第五章卸荷岩体爆破诱导预裂缝扩展规律分析  64-86
  5.1 引言  64
  5.2 岩体的动力强度和破坏准则  64-68
    5.2.1 岩体经典强度理论  64-65
    5.2.2 岩体的动力强度  65-66
    5.2.3 岩体的动力破坏准则  66-68
  5.3 地下单孔装药爆炸的破坏分析  68-75
    5.3.1 数值模型的构建  69-70
    5.3.2 岩体模型及破坏准则  70-73
    5.3.3 模拟结果分析  73-75
  5.4 卸荷岩体诱导预裂成缝分析  75-84
    5.4.1 数值模型的构建  76-78
    5.4.2 材料模型及状态方程  78
    5.4.3 模拟结果  78-82
    5.4.4 结果分析  82-84
  5.5 本章小结  84-86
第六章结论与展望  86-89
  6.1 主要研究结论  86-87
  6.2 展望  87-89
参考文献  89-96
致谢  96-97
攻读学位期间主要研究成果  97
  参与科研项目  97
  发表学术论文  97
  所获奖励情况  97

采动卸荷下连续开采诱导放顶动力响应模拟研究

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