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

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【摘要】：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng),能源使用量日益增加,對(duì)礦產(chǎn)資源的開(kāi)采規(guī)模不斷擴(kuò)張,由此引發(fā)的開(kāi)采沉陷問(wèn)題日趨嚴(yán)重。礦產(chǎn)資源的開(kāi)采勢(shì)必引起覆巖移動(dòng),在此過(guò)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(duì)采動(dòng)覆巖離層演化規(guī)律和地表沉陷規(guī)律做進(jìn)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(jià)值。本文首先從理論上分析了離層產(chǎn)生的力學(xué)機(jī)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(dòng)態(tài)下沉的關(guān)系模型。之后采用相似材料模擬實(shí)驗(yàn)從離層空間層位、橫向擴(kuò)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(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)、位移矢量場(chǎng)的分布規(guī)律,進(jìn)一步驗(yàn)證離層的擴(kuò)展規(guī)律和覆巖移動(dòng)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(dòng)態(tài)下沉與離層的發(fā)展在橫向上有著一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系,非充分采動(dòng)離層引起地表非充分下沉,充分采動(dòng)離層引起地表充分下沉,超充分采動(dòng)離層引起地表超充分下沉。(2)離層發(fā)展經(jīng)歷了三個(gè)階段,即:起裂-擴(kuò)展-閉合,離層空間分布規(guī)律受開(kāi)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(dòng)態(tài)下沉分為三個(gè)階段:初始階段,活躍階段和衰退階段,并且地表各點(diǎn)的移動(dòng)包括4個(gè)階段,移動(dòng)軌跡呈弧形。(4)采動(dòng)覆巖可分為豎三帶和橫三區(qū),開(kāi)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(guò)相似模擬實(shí)驗(yàn)分析了地表下沉與離層發(fā)展的時(shí)空對(duì)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(jiǎn)支梁的地表沉陷模型。
【關(guān)鍵詞】：開(kāi)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(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TD325
【目錄】：

• 摘要9-10
• Abstract10-12
• 第1章 緒論12-22
• 1.1 問(wèn)題的提出及研究意義12-15
• 1.1.1 問(wèn)題的提出12-14
• 1.1.2 研究意義14-15
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀15-19
• 1.2.1 覆巖移動(dòng)破壞規(guī)律的研究現(xiàn)狀15-16
• 1.2.2 開(kāi)采沉陷規(guī)律的研究現(xiàn)狀16-18
• 1.2.3 采動(dòng)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?jī)?nèi)容及技術(shù)路線19-22
• 1.3.1 主要研究?jī)?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(jī)理及地表沉降的基本理論22-36
• 2.1 采動(dòng)覆巖移動(dòng)破壞規(guī)律22-23
• 2.2 覆巖離層產(chǎn)生和發(fā)展的機(jī)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(dòng)覆巖離層動(dòng)態(tài)發(fā)展規(guī)律27-28
• 2.3 地表沉陷特征及沉陷過(guò)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(dòng)覆巖地表動(dòng)態(tài)下沉規(guī)律31
• 2.4 覆巖離層發(fā)展與地表動(dòng)態(tài)下沉的對(duì)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(dòng)態(tài)下沉的關(guān)系模型32-33
• 2.4.4 地表動(dòng)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(dòng)覆巖離層演化規(guī)律的相似材料模擬實(shí)驗(yàn)研究36-50
• 3.1 相似材料模擬實(shí)驗(yàn)概述及原理36-37
• 3.2 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/span>37
• 3.3 相似材料模擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)37-41
• 3.3.1 模擬對(duì)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(jì)和制作過(guò)程38-40
• 3.3.5 測(cè)點(diǎn)的布置及觀測(cè)方法40-41
• 3.4 實(shí)驗(yàn)觀測(cè)結(jié)果分析41-48
• 3.4.1 采動(dòng)覆巖離層空間的發(fā)育過(guò)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(dòng)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(dòng)態(tài)下沉規(guī)律50-51
• 4.3 采動(dòng)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(dòng)覆巖的豎直分帶51-52
• 4.3.2 采動(dòng)覆巖的水平分區(qū)52-53
• 4.3.3 采動(dòng)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(shí)空對(duì)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(jiǎn)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(dòng)覆巖移動(dòng)變形機(jī)理的數(shù)值模擬研究60-74
• 5.1 覆巖移動(dòng)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(jì)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(jì)算模型65
• 5.4 數(shù)值模擬結(jié)果分析65-72
• 5.4.1 采動(dòng)覆巖豎向位移場(chǎng)分布規(guī)律65-68
• 5.4.2 采動(dòng)覆巖水平位移場(chǎng)分布規(guī)律68-70
• 5.4.3 采動(dòng)覆巖豎向應(yīng)力場(chǎng)分布規(guī)律70-71
• 5.4.4 采動(dòng)覆巖位移矢量場(chǎng)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(xiàn)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(xiàng)目82-84
• 致謝84

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