發(fā)布時(shí)間：2017-12-23 22:40

  本文關(guān)鍵詞：基于顆粒流的弱膠結(jié)裂隙巖體水沙兩相流特性研究　出處：《中國(guó)礦業(yè)大學(xué)》2016年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

  更多相關(guān)文章： 裂隙巖體 水沙兩相流 格子Boltzmann方法 顆粒流模擬

【摘要】：我國(guó)西部地區(qū)煤炭資源十分豐富,占我國(guó)煤炭資源預(yù)測(cè)總量的近80%,但該地區(qū)淺埋煤層上覆為弱膠結(jié)巖層和松散含水層,采掘過(guò)程中極易發(fā)生水沙災(zāi)害,嚴(yán)重威脅礦井的安全生產(chǎn)。因此,開(kāi)展對(duì)裂隙巖體水沙兩相流規(guī)律的研究對(duì)西部煤炭安全開(kāi)采有著重要的理論和工程實(shí)際意義。本文主要通過(guò)格子Boltzmann方法和多相流理論對(duì)裂隙巖體水沙兩相流動(dòng)規(guī)律進(jìn)行理論分析,并利用顆粒流軟件對(duì)裂隙巖體的力學(xué)特性、堆積沙粒的起動(dòng)規(guī)律、潰沙流動(dòng)規(guī)律以及上覆厚松散沙層開(kāi)采造成的頂板垮落進(jìn)行數(shù)值模擬分析。主要研究工作如下:(1)顆粒流模擬參數(shù)與宏觀參數(shù)對(duì)應(yīng)關(guān)系研究。通過(guò)數(shù)值模擬不同細(xì)觀參數(shù)模型的宏觀響應(yīng),分析了接觸剛度、粘結(jié)強(qiáng)度、摩擦系數(shù)、孔隙比、剛度比以及粘滯系數(shù)等微觀參數(shù)對(duì)宏觀力學(xué)行為的影響;標(biāo)定了接觸剛度、粘結(jié)強(qiáng)度、摩擦系數(shù)和粘滯系數(shù)等與裂隙巖體水沙兩相流動(dòng)的相關(guān)參數(shù)。(2)弱膠結(jié)裂隙巖體結(jié)構(gòu)特征和力學(xué)特性分析。從微觀角度分析了弱膠結(jié)巖石的組成成分以及膠結(jié)程度;基于顆粒流方法分別建立完整巖石和裂隙巖石數(shù)值模型,分析了完整巖石和裂隙巖石的抗拉、抗壓等強(qiáng)度特性和變形特性;建立了弱膠結(jié)巖石的力學(xué)本構(gòu)方程。研究表明,裂隙的存在對(duì)破壞面的形態(tài)和破壞面位置都有重要影響,裂隙的存在使得巖體峰值強(qiáng)度、殘余強(qiáng)度和初始彈性模量等力學(xué)參數(shù)減小,降低了巖石力學(xué)性能。(3)建立裂隙巖體水沙兩相流動(dòng)的格子Boltzmann模型�；诟褡覤oltzmann方法推導(dǎo)了水沙兩相的基本守恒方程;建立水沙兩相流動(dòng)系統(tǒng)的控制方程;基于浸入邊界法,利用歐拉點(diǎn)和拉格朗日點(diǎn)處理水沙兩相界面;基于離散元方法得到了顆粒碰撞力學(xué)模型。(4)裂隙巖體水沙兩相顆粒運(yùn)動(dòng)規(guī)律分析。理論分析了沙粒堆積體在水流作用下的起動(dòng)流速,并得到沙粒起動(dòng)流速判別式;數(shù)值模擬沙粒起動(dòng),得到沙粒堆積體在起動(dòng)過(guò)程為分層運(yùn)動(dòng)的規(guī)律;數(shù)值模擬裂隙潰沙,分析了沙粒進(jìn)入裂隙前后的流動(dòng)形態(tài),發(fā)現(xiàn)沙粒在進(jìn)入裂隙前呈現(xiàn)出的漏斗狀形態(tài),沙粒進(jìn)入裂隙后,在裂隙內(nèi)做“S”型曲線運(yùn)動(dòng);建立上覆厚松散沙層礦井開(kāi)采的頂板力學(xué)模型,利用斷裂力學(xué)理論分析得到造成頂板垮落裂隙尖端的應(yīng)力強(qiáng)度因子;分析突水潰沙通道水壓及水沙混流速度的變化;水流涌入裂隙后弱化了巖體結(jié)構(gòu),沙粒堵塞,巖體孔隙壓力增大,裂隙迅速發(fā)育擴(kuò)展,加速頂板垮落。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TD32;TD771

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本文編號(hào)：1325758