發(fā)布時間：2017-10-13 23:30

  本文關(guān)鍵詞：采動覆巖離層演化規(guī)律及地表沉陷模型的研究

  更多相關(guān)文章： 開采沉陷 覆巖離層 協(xié)同學(xué) 裂隙率 沉陷模型

【摘要】：隨著我國經(jīng)濟的快速增長,能源使用量日益增加,對礦產(chǎn)資源的開采規(guī)模不斷擴張,由此引發(fā)的開采沉陷問題日趨嚴重。礦產(chǎn)資源的開采勢必引起覆巖移動,在此過程中,離層現(xiàn)象普遍存在,并起著及其重要的傳遞作用,在一定程度上控制著地表沉陷的產(chǎn)生。因此對采動覆巖離層演化規(guī)律和地表沉陷規(guī)律做進一步研究,并建立基于離層演化的地表沉陷模型具有重要的理論意義和工程價值。本文首先從理論上分析了離層產(chǎn)生的力學(xué)機理,根據(jù)離層和地表形態(tài)特征建立了覆巖離層發(fā)展與地表動態(tài)下沉的關(guān)系模型。之后采用相似材料模擬實驗從離層空間層位、橫向擴展、協(xié)同理論等多方面描述離層演化規(guī)律,剖析了離層演化與地表沉陷的關(guān)系,并建立了基于離層演化的地表沉陷模型。最后采用數(shù)值模擬方法,研究覆巖位移場、應(yīng)力場、位移矢量場的分布規(guī)律,進一步驗證離層的擴展規(guī)律和覆巖移動特征。主要研究成果如下所示:(1)離層的產(chǎn)生是由于相鄰巖層的不同步下沉引起的,包含兩種力學(xué)模型,一是層間剪裂;二是層間拉裂。地表動態(tài)下沉與離層的發(fā)展在橫向上有著一一對應(yīng)的關(guān)系,非充分采動離層引起地表非充分下沉,充分采動離層引起地表充分下沉,超充分采動離層引起地表超充分下沉。(2)離層發(fā)展經(jīng)歷了三個階段,即:起裂-擴展-閉合,離層空間分布規(guī)律受開采寬度和斷裂角的影響,形態(tài)呈拱形,且位于卸壓區(qū)。覆巖破壞程度和離層空間從下往上逐漸減小,并且離層的演化表現(xiàn)出明顯的協(xié)同效應(yīng)。(3)地表動態(tài)下沉分為三個階段:初始階段,活躍階段和衰退階段,并且地表各點的移動包括4個階段,移動軌跡呈弧形。(4)采動覆巖可分為豎三帶和橫三區(qū),開切眼和停采線處的裂隙率最高,采空區(qū)中部的裂隙率較低,并建立地表沉降和裂隙率之間的關(guān)系。(5)通過相似模擬實驗分析了地表下沉與離層發(fā)展的時空對應(yīng)關(guān)系,建立了基于離層空間分布規(guī)律的地表沉陷模型,并在彈性力學(xué)和材料力學(xué)的基礎(chǔ)上,建立了基于彈性簡支梁的地表沉陷模型。
【關(guān)鍵詞】：開采沉陷 覆巖離層 協(xié)同學(xué) 裂隙率 沉陷模型
【學(xué)位授予單位】：青島理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TD325
【目錄】：

• 摘要9-10
• Abstract10-12
• 第1章 緒論12-22
• 1.1 問題的提出及研究意義12-15
• 1.1.1 問題的提出12-14
• 1.1.2 研究意義14-15
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀15-19
• 1.2.1 覆巖移動破壞規(guī)律的研究現(xiàn)狀15-16
• 1.2.2 開采沉陷規(guī)律的研究現(xiàn)狀16-18
• 1.2.3 采動覆巖離層演化規(guī)律的研究現(xiàn)狀18-19
• 1.3 本文的主要研究內(nèi)容及技術(shù)路線19-22
• 1.3.1 主要研究內(nèi)容19-20
• 1.3.2 技術(shù)路線20-22
• 第2章 覆巖離層產(chǎn)生的力學(xué)機理及地表沉降的基本理論22-36
• 2.1 采動覆巖移動破壞規(guī)律22-23
• 2.2 覆巖離層產(chǎn)生和發(fā)展的機理23-28
• 2.2.1 組合梁內(nèi)的剪應(yīng)力24-25
• 2.2.2 覆巖離層產(chǎn)生的力學(xué)分析25-26
• 2.2.3 巖層斷裂的力學(xué)分析26-27
• 2.2.4 采動覆巖離層動態(tài)發(fā)展規(guī)律27-28
• 2.3 地表沉陷特征及沉陷過程分析28-31
• 2.3.1 地表沉陷的特征參數(shù)28-30
• 2.3.2 地表沉陷盆地區(qū)域劃分30-31
• 2.3.3 采動覆巖地表動態(tài)下沉規(guī)律31
• 2.4 覆巖離層發(fā)展與地表動態(tài)下沉的對應(yīng)關(guān)系31-33
• 2.4.1 覆巖離層的三種形態(tài)31-32
• 2.4.2 地表沉降盆地的三種類型32
• 2.4.3 覆巖離層發(fā)展與地表動態(tài)下沉的關(guān)系模型32-33
• 2.4.4 地表動態(tài)下沉與覆巖離層關(guān)系的影響因素33
• 2.5 本章小結(jié)33-36
• 第3章 采動覆巖離層演化規(guī)律的相似材料模擬實驗研究36-50
• 3.1 相似材料模擬實驗概述及原理36-37
• 3.2 實驗?zāi)康?/span>37
• 3.3 相似材料模擬實驗設(shè)計37-41
• 3.3.1 模擬對象37
• 3.3.2 相似條件的確定37-38
• 3.3.3 相似材料的選取及配比38
• 3.3.4 模型的尺寸設(shè)計和制作過程38-40
• 3.3.5 測點的布置及觀測方法40-41
• 3.4 實驗觀測結(jié)果分析41-48
• 3.4.1 采動覆巖離層空間的發(fā)育過程42-43
• 3.4.2 離層空間分布規(guī)律43-44
• 3.4.3 頂板巖層破壞規(guī)律44-45
• 3.4.4 覆巖離層協(xié)同演化規(guī)律45-48
• 3.5 本章小結(jié)48-50
• 第4章 采動覆巖地表沉陷規(guī)律及模型研究50-60
• 4.1 地表沉陷與覆巖斷裂的關(guān)系50
• 4.2 地表動態(tài)下沉規(guī)律50-51
• 4.3 采動覆巖裂隙演化規(guī)律與地表沉陷的關(guān)系51-55
• 4.3.1 采動覆巖的豎直分帶51-52
• 4.3.2 采動覆巖的水平分區(qū)52-53
• 4.3.3 采動覆巖裂隙演化程度53-54
• 4.3.4 地表沉陷與裂隙率的關(guān)系54-55
• 4.4 地表沉陷與離層演化的關(guān)系模型55-59
• 4.4.1 地表下沉與離層發(fā)展的時空對應(yīng)規(guī)律55-56
• 4.4.2 基于離層空間分布規(guī)律的地表沉陷模型56-57
• 4.4.3 基于彈性簡支梁的地表沉陷模型57-59
• 4.5 本章小結(jié)59-60
• 第5章 采動覆巖移動變形機理的數(shù)值模擬研究60-74
• 5.1 覆巖移動破壞的基本規(guī)律60-62
• 5.2 MIDAS/GTS軟件介紹62-64
• 5.2.1 基本概念62
• 5.2.2 本構(gòu)模型62-64
• 5.3 計算模型的建立64-65
• 5.3.1 物理參數(shù)的選取64
• 5.3.2 邊界條件的確定64-65
• 5.3.3 數(shù)值計算模型65
• 5.4 數(shù)值模擬結(jié)果分析65-72
• 5.4.1 采動覆巖豎向位移場分布規(guī)律65-68
• 5.4.2 采動覆巖水平位移場分布規(guī)律68-70
• 5.4.3 采動覆巖豎向應(yīng)力場分布規(guī)律70-71
• 5.4.4 采動覆巖位移矢量場分布規(guī)律71-72
• 5.5 本章小結(jié)72-74
• 第6章 結(jié)論與展望74-76
• 6.1 本文結(jié)論74-75
• 6.2 展望75-76
• 參考文獻76-80
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文80-82
• 攻讀碩士學(xué)位期間參加的科研項目82-84
• 致謝84

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