煤礦地下開采引起的巖層移動和地表沉陷易導致嚴重的地質(zhì)、生態(tài)環(huán)境問題。為減少、控制地下開采造成的災害與損失,亟需研究地下開采引起的巖層變形、移動與破壞等力學行為發(fā)展演變規(guī)律。地下開采中巖體受到劇烈擾動,動態(tài)地出現(xiàn)開裂、離層與冒落等破壞現(xiàn)象。受擾動巖體具有動態(tài)演變的分帶特征,其力學參數(shù)也會發(fā)生不同程度的動態(tài)改變�，F(xiàn)有的地下開采數(shù)值模擬方法較少考慮受擾動巖體的力學參數(shù)動態(tài)調(diào)整,并且人為設置受擾動巖體分帶界限、離層發(fā)育位置,從而導致模擬計算結(jié)果偏離實際。為此,本文研究了受擾動巖體力學參數(shù)自適應方法、動態(tài)分帶模擬方法以及離層動態(tài)模擬方法,形成了基于FDM的地下開采誘發(fā)巖層力學行為動態(tài)模擬方法,并將該方法應用于泰西煤礦地下開采模擬中。本文取得如下成果:（1）提出并實現(xiàn)了地下開采模擬中上覆受擾動巖體力學參數(shù)自適應方法。引入巖體全應力-應變曲線來描述地下開采中上覆受擾動巖體強度劣化的過程,建立了巖體塑性應變與力學參數(shù)變化的關(guān)系,實現(xiàn)了在地下開采模擬中根據(jù)受擾動巖體塑性應變調(diào)整其力學參數(shù)。（2）提出并實現(xiàn)了地下開采上覆受擾動巖層動態(tài)分帶模擬方法。根據(jù)上覆受擾動巖體變形破壞程度及其所處位置,建立了上覆受擾... 

【文章頁數(shù)】：144 頁

【學位級別】：博士

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中文摘要
Abstract
1 引言
    1.1 選題背景及選題意義
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及存在的問題
        1.2.1 煤礦地下開采誘發(fā)巖層力學行為研究現(xiàn)狀
        1.2.2 煤礦地下開采上覆受擾動巖體分帶模擬研究現(xiàn)狀
        1.2.3 煤礦地下開采離層模擬研究現(xiàn)狀
        1.2.4 存在的問題
    1.3 本文主要研究內(nèi)容及創(chuàng)新點
        1.3.1 本文主要研究內(nèi)容
        1.3.2 技術(shù)路線
        1.3.3 創(chuàng)新點
2 煤礦地下開采誘發(fā)巖層力學行為特征
    2.1 上覆受擾動巖層力學行為規(guī)律
    2.2 上覆受擾動巖層的動態(tài)分帶特征
    2.3 本章小結(jié)
3 受擾動巖體力學參數(shù)自適應方法
    3.1 受擾動巖體力學參數(shù)自適應方法概述
    3.2 巖體全應力-應變曲線特征
        3.2.1 巖體全應力-應變曲線一般特征
        3.2.2 圍壓對巖體變形特征的影響
    3.3 建立簡化的巖體全應力-應變關(guān)系曲線
    3.4 受擾動巖體力學參數(shù)自適應方法
        3.4.1 強度參數(shù)自適應
        3.4.2 變形參數(shù)自適應
    3.5 本章小結(jié)
4 受擾動巖體動態(tài)分帶模擬方法
    4.1 受擾動巖體動態(tài)分帶模擬方法概述
    4.2 地下開采誘發(fā)“四帶”形成機理及發(fā)育特征
        4.2.1 “四帶”形成機理
        4.2.2 “四帶”動態(tài)發(fā)育特征
    4.3 建立受擾動巖體分帶準則
    4.4 基于FDM的地下開采動態(tài)分帶模擬方法
        4.4.1 地下開采動態(tài)分帶模擬算法
        4.4.2 程序?qū)崿F(xiàn)
    4.5 本章小結(jié)
5 離層動態(tài)模擬方法
    5.1 離層動態(tài)模擬方法概述
    5.2 離層形成機理及發(fā)育特征
        5.2.1 離層形成機理
        5.2.2 離層動態(tài)發(fā)育特征
    5.3 建立離層判別準則
    5.4 基于FDM的地下開采離層動態(tài)模擬方法
        5.4.1 地下開采離層模擬算法
        5.4.2 程序?qū)崿F(xiàn)
    5.5 本章小結(jié)
6 工程實例
    6.1 研究區(qū)自然地理概況
    6.2 研究區(qū)地質(zhì)概況
        6.2.1 地層
        6.2.2 煤層
        6.2.3 含水層及隔水層
    6.3 開采方式及過程
    6.4 三維計算模型
        6.4.1 模型范圍
        6.4.2 邊界條件
        6.4.3 本構(gòu)模型與屈服準則
    6.5 受擾動巖體力學參數(shù)自適應
        6.5.1 建立簡化的巖體全應力-應變關(guān)系曲線
        6.5.2 受擾動巖體力學參數(shù)自適應
    6.6 受擾動巖體動態(tài)分帶模擬
        6.6.1 受擾動巖體動態(tài)分帶模擬過程
        6.6.2 開采過程中煤層頂板周期性冒落
        6.6.3 開采過程中“四帶”動態(tài)發(fā)育規(guī)律
        6.6.4 地表移動規(guī)律
        6.6.5 危險性評價
        6.6.6 討論
    6.7 離層動態(tài)模擬
        6.7.1 離層動態(tài)模擬過程
        6.7.2 開采過程中離層動態(tài)發(fā)育規(guī)律
        6.7.3 地表移動規(guī)律
        6.7.4 討論
    6.8 本章小結(jié)
7 結(jié)論與展望
    7.1 結(jié)論
    7.2 展望
致謝
參考文獻
附錄



本文編號：3674743