為了解決工程災(zāi)害問題,除了研究工程巖體本身固有力學(xué)特性之外,還要考慮多種人為和自然因素對工程巖體的影響,如開采擾動引起的應(yīng)力場和地質(zhì)環(huán)境等。在巷道或煤層開挖之前,煤層及頂?shù)装鍑鷰r處于穩(wěn)定和平衡的三向應(yīng)力狀態(tài)。之后,隨著巷道的掘進(jìn)及煤層的開采,圍巖多經(jīng)受復(fù)雜的加載和卸載過程,且不同的掘進(jìn)和開采方式,產(chǎn)生不同的應(yīng)力路徑和采動影響,進(jìn)而使圍巖的變形、強度及破壞方式不同。在采動影響下,圍巖內(nèi)部裂紋尖端產(chǎn)生應(yīng)力集中,進(jìn)而發(fā)生起裂、擴(kuò)展、貫通,逐漸演化成較大的不連續(xù)面,引起圍巖的變形松動,導(dǎo)致煤層及頂?shù)装鍑鷰r的破壞、冒落、片幫,引發(fā)礦山災(zāi)害。因此,認(rèn)清這些采動應(yīng)力路徑,并在實驗室內(nèi)根據(jù)應(yīng)力路徑進(jìn)行試驗,對于研究采動工程巖體變形破壞機制及工程災(zāi)害防治具有重要意義。本文選取煤礦典型砂巖為研究對象,采用實驗室測試和理論分析相結(jié)合的研究方法,借助X射線衍射儀和高分辨率掃描電鏡獲得巖石的礦物成分和微細(xì)觀結(jié)構(gòu);利用高剛性電液伺服試驗機對巖石進(jìn)行常規(guī)單軸和三軸壓縮、循環(huán)加卸載、不同卸圍壓速率和不同開采方式下巖石的破壞力學(xué)試驗,分析了常規(guī)加載和不同采動條件下巖石的漸進(jìn)破壞過程及裂紋演化規(guī)律;結(jié)合巖石力學(xué)、彈性力學(xué)...

【文章頁數(shù)】：190 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
abstract
1 緒論
    1.1 選題背景和研究意義
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 常規(guī)加載下巖石的破壞力學(xué)行為研究
        1.2.2 采動影響下巖石的破壞力學(xué)行為研究
        1.2.3 巖石的漸進(jìn)破壞過程研究
        1.2.4 巖石破壞的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系研究
    1.3 目前研究存在的問題與不足
    1.4 研究內(nèi)容及技術(shù)路線
        1.4.1 研究內(nèi)容
        1.4.2 技術(shù)路線
2 常規(guī)加載下巖石的變形破壞行為研究
    2.1 引言
    2.2 試驗概況
        2.2.1 試驗試樣
        2.2.2 試驗設(shè)備
        2.2.3 試驗方案
    2.3 常規(guī)加載下砂巖力學(xué)特性分析
        2.3.1 常規(guī)加載下砂巖的變形特性
        2.3.2 常規(guī)加載下砂巖的強度特性
        2.3.3 常規(guī)加載下砂巖的破壞形態(tài)
    2.4 本章小結(jié)
3 采動影響下巖石的變形破壞行為研究
    3.1 引言
    3.2 試驗概況
        3.2.1 試驗準(zhǔn)備
        3.2.2 試驗方案
    3.3 循環(huán)加卸載下砂巖的破壞試驗
        3.3.1 循環(huán)加卸載下砂巖破壞試驗結(jié)果
        3.3.2 循環(huán)次數(shù)對砂巖變形的影響
        3.3.3 卸載應(yīng)力水平對變形的影響
        3.3.4 循環(huán)加卸載下砂巖的損傷演化規(guī)律
    3.4 不同卸圍壓速率下砂巖的破壞試驗
        3.4.1 不同卸圍壓速率試驗結(jié)果
        3.4.2 不同卸圍壓速率下砂巖的變形特性
        3.4.3 不同卸圍壓速率下砂巖的強度特性
    3.5 不同開采方式下砂巖的破壞試驗
        3.5.1 不同開采方式下砂巖破壞試驗結(jié)果
        3.5.2 不同開采方式下砂巖的變形特性
        3.5.3 不同開采方式下砂巖的強度特性
    3.6 采動影響下砂巖的破壞形態(tài)
    3.7 采動影響下巖石的沖擊傾向性
        3.7.1 沖擊傾向性概述
        3.7.2 采動對砂巖的沖擊傾向性的影響
    3.8 不同采動影響下砂巖破壞力學(xué)特性對比
        3.8.1 變形特性對比
        3.8.2 強度特性對比
    3.9 本章小結(jié)
4 采動影響下巖石的漸進(jìn)破壞過程與裂紋演化規(guī)律研究
    4.1 引言
    4.2 巖石漸進(jìn)破壞過程的基本表述
        4.2.1 基于裂紋體積應(yīng)變的巖石漸進(jìn)破壞過程
        4.2.2 裂紋應(yīng)變的計算方法
    4.3 常規(guī)壓縮下砂巖的漸進(jìn)破壞過程
        4.3.1 常規(guī)壓縮下砂巖的裂紋演化規(guī)律
        4.3.2 圍壓對特征裂紋體積應(yīng)變的影響
        4.3.3 圍壓對特征應(yīng)力的影響
    4.4 循環(huán)加卸載下砂巖的漸進(jìn)破壞過程
        4.4.1 循環(huán)加卸載下砂巖的裂紋演化規(guī)律
        4.4.2 循環(huán)次數(shù)對裂紋應(yīng)變的影響
        4.4.3 循環(huán)次數(shù)對特征應(yīng)力的影響
    4.5 不同卸圍壓速率下砂巖的漸進(jìn)破壞過程
        4.5.1 不同卸圍壓速率下砂巖的裂紋演化規(guī)律
        4.5.2 卸圍壓速率對裂紋應(yīng)變的影響
    4.6 不同開采方式下砂巖的漸進(jìn)破壞過程
        4.6.1 不同開采方式下砂巖的裂紋演化規(guī)律
        4.6.2 開采方式對砂巖特征裂紋參數(shù)的影響
        4.6.3 開采方式對裂紋起裂應(yīng)力的影響
    4.7 采動影響下砂巖的裂紋擴(kuò)展速率
        4.7.1 常規(guī)壓縮下砂巖的裂紋擴(kuò)展速率
        4.7.2 循環(huán)加卸載下砂巖的裂紋擴(kuò)展速率
        4.7.3 不同卸圍壓速率下砂巖的裂紋擴(kuò)展速率
        4.7.4 不同開采方式下砂巖的裂紋擴(kuò)展速率
        4.7.5 裂紋擴(kuò)展速率與沖擊能量指數(shù)的關(guān)系
    4.8 不同采動影響下砂巖裂紋演化規(guī)律對比
        4.8.1 裂紋體積峰值應(yīng)變對比
        4.8.2 裂紋擴(kuò)展速率對比
    4.9 本章小結(jié)
5 基于裂紋演化的采動巖石非線性模型研究
    5.1 引言
    5.2 裂紋軸向應(yīng)變演化規(guī)律
        5.2.1 常規(guī)壓縮下巖石的裂紋軸向應(yīng)變演化規(guī)律
        5.2.2 循環(huán)加載下巖石的裂紋軸向應(yīng)變演化規(guī)律
        5.2.3 不同卸圍壓速率下砂巖的裂紋軸向應(yīng)變演化規(guī)律
        5.2.4 不同開采方式下砂巖的裂紋軸向應(yīng)變演化規(guī)律
    5.3 基于裂紋軸向應(yīng)變的巖石非線性模型
        5.3.1 基于裂紋軸向應(yīng)變的巖石裂紋閉合模型
        5.3.2 基于裂紋軸向應(yīng)變的巖石裂紋擴(kuò)展模型
        5.3.3 基于裂紋軸向應(yīng)變的巖石裂紋張開模型
    5.4 加載過程中巖石峰前應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系模型
    5.5 常規(guī)加載下巖石峰前非線性本構(gòu)模型驗證
        5.5.1 常規(guī)加載下巖石的軸向裂紋閉合模型驗證
        5.5.2 常規(guī)加載下巖石的軸向裂紋擴(kuò)展模型驗證
        5.5.3 巖石峰前應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系模型驗證
    5.6 采動影響下巖石峰前非線性模型驗證
        5.6.1 循環(huán)加卸載下巖石的軸向裂紋閉合和張開模型驗證
        5.6.2 不同卸圍壓速率下巖石的軸向裂紋擴(kuò)展模型驗證
        5.6.3 不同開采方式下巖石的軸向裂紋擴(kuò)展模型驗證
        5.6.4 采動巖石峰前應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系模型驗證
    5.7 軸向裂紋演化模型參數(shù)討論
        5.7.1 軸向裂紋閉合模型參數(shù)討論
        5.7.2 軸向裂紋擴(kuò)展模型參數(shù)討論
        5.7.3 軸向裂紋張開模型參數(shù)討論
    5.8 本章小結(jié)
6 結(jié)論與展望
    6.1 主要結(jié)論
    6.2 創(chuàng)新點
    6.3 研究展望
參考文獻(xiàn)
致謝
作者簡介



本文編號：3841627