本文關(guān)鍵詞：爆破荷載作用對節(jié)理巷道圍巖損傷實驗與數(shù)值模擬研究

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【摘要】：隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展,礦產(chǎn)資源的需求量越來越大,很多露天礦轉(zhuǎn)入了地下開采,越來越多的巷道將被開挖和使用。地下礦山巷道施工不僅要保證礦產(chǎn)資源開采工作的正常進行,而且還要加強巷道圍巖的穩(wěn)定性,保護施工人員的安全。巷道圍巖中存在的裂隙缺陷和爆破開挖擾動會對巷道圍巖產(chǎn)生損傷和破壞,直接影響巷道的安全和穩(wěn)定性。如何減少因爆破開挖產(chǎn)生的圍巖變形損傷,使巷道圍巖損傷范圍被控制在巷道支護要求中,加強巷道圍巖的穩(wěn)定性,成為巖石力學研究的重要課題。因此,開展爆破荷載作用下節(jié)理巷道圍巖的損傷研究就具有非常重要的意義。為了研究動荷載作用下節(jié)理巷道的損傷情況,本文以某礦山為背景資料,用實驗研究和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法,開展了爆破荷載作用對節(jié)理巷道圍巖損傷實驗與數(shù)值模擬研究。得到如下結(jié)論:(1)利用相似理論,分別澆筑完整巖體和節(jié)理巖體兩個實驗?zāi)Ｐ?對節(jié)理巖體進行了循環(huán)開挖實驗研究,第一階段人工開挖,第二、三階段爆破開挖,分析相似模型巷道圍巖爆破損傷特征、損傷程度與巷道穩(wěn)定性之間的關(guān)系。爆破荷載對節(jié)理巷道圍巖的影響具有方向性,爆破產(chǎn)生的損傷裂紋主要以徑向裂紋為主;開挖后,節(jié)理巷道沒有坍塌,錨桿起到了很好的支護作用。(2)用FLAC3D軟件模擬了節(jié)理和完整巷道中爆轟波的傳播特性。爆轟波在傳播過程中都產(chǎn)生一定程度的衰減,但是節(jié)理的存在增大了爆轟波的衰減幅度,相比完整巖體,爆轟波在節(jié)理巖體中衰減的更快。(3)模擬研究了在爆破荷載作用下節(jié)理加錨和完整加錨巷道在循環(huán)開挖過程中對巷道的損傷范圍。巖體完整時,循環(huán)開挖對巷道拱頂?shù)淖畲髶p傷范圍為30 cm,在節(jié)理巖體中,循環(huán)開挖對巷道拱頂?shù)淖畲髶p傷范圍為40 cm。(4)巷道開挖后,完整巷道和節(jié)理巷道拱頂、兩幫、底板的最大位移量變化趨勢基本一致,先慢慢增大到最大位移后減小到一定值。爆破循環(huán)開挖后,完整巖體的最大位移量為9.2 mm,節(jié)理巖體的最大位移量為17.35 mm。相比完整巖體,在節(jié)理巖體中的位移量是它的1.87倍。通過對比節(jié)理巷道和完整巷道圍巖的爆破損傷數(shù)值模擬結(jié)果,發(fā)現(xiàn)在有節(jié)理巷道中拱頂?shù)膿p傷破壞區(qū)域明顯超過了錨桿的支護范圍,建議增加節(jié)理巷道拱頂錨桿的長度,以擴大支護范圍,加強巷道圍巖的穩(wěn)定性。
【關(guān)鍵詞】：巖體力學 節(jié)理巷道 爆破損傷 數(shù)值模擬
【學位授予單位】：南華大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TD353
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-12
• 第一章 緒論12-20
• 1.1 研究背景和意義12
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-16
• 1.2.1 圍巖爆破損傷機理研究現(xiàn)狀13-14
• 1.2.2 爆破荷載作用對圍巖損傷范圍的影響14-15
• 1.2.3 爆破荷載作用對圍巖錨固效果的影響15-16
• 1.3 本文研究內(nèi)容及研究方法16-17
• 1.4 本文的研究思路和創(chuàng)新點17-20
• 1.4.1 研究思路17-18
• 1.4.2 創(chuàng)新點18-20
• 第二章 爆破荷載作用下圍巖損傷破壞機理20-26
• 2.1 巷道圍巖爆破損傷理論20-21
• 2.1.1 圍巖爆破理論模型20-21
• 2.1.2 爆破開挖對巷道圍巖的損傷21
• 2.2 巷道圍巖爆破損傷模型和損傷變量21-22
• 2.3 圍巖損傷破壞的影響因素及變形特征22-24
• 2.3.1 爆破過程高應(yīng)變率對圍巖的損傷影響22-23
• 2.3.2 爆破荷載作用下巷道圍巖爆破損傷的形成23-24
• 2.4 本章小結(jié)24-26
• 第三章 爆破荷載作用巷道圍巖損傷的實驗研究26-36
• 3.1 引言26
• 3.2 相似原理和相似系數(shù)26-28
• 3.2.1 相似原理26-27
• 3.2.2 相似系數(shù)確定27-28
• 3.3 爆破損傷試驗研究28-33
• 3.3.1 制作模型28-31
• 3.3.2 巷道圍巖的支護設(shè)計31-32
• 3.3.3 爆破開挖實驗32-33
• 3.4 實驗結(jié)果分析33-34
• 3.5 本章小結(jié)34-36
• 第四章 節(jié)理巷道圍巖爆破損傷數(shù)值模擬研究36-54
• 4.1 數(shù)值模擬軟件簡介36-37
• 4.2 建立數(shù)值模型37-38
• 4.2.1 基本假設(shè)37
• 4.2.2 基本參數(shù)37-38
• 4.2.3 初始條件與邊界條件38
• 4.3 節(jié)理巷道爆轟波的傳播特征38-42
• 4.4 爆破荷載作用下巷道圍巖的應(yīng)力變形特征42-48
• 4.4.1 圍巖應(yīng)力變化特性42-44
• 4.4.2 圍巖應(yīng)變特性44-48
• 4.5 節(jié)理加錨巷道的爆破損傷范圍48-53
• 4.6 本章小結(jié)53-54
• 第五章 完整巷道圍巖的爆破損傷數(shù)值模擬研究54-70
• 5.1 完整巷道中爆轟波的傳播54-55
• 5.2 爆破荷載作用下完整巷道圍巖的應(yīng)力變形特征55-61
• 5.2.1 圍巖應(yīng)力變化特性55-57
• 5.2.2 圍巖應(yīng)變特性57-61
• 5.3 完整巷道爆破損傷范圍61-66
• 5.4 節(jié)理和完整巷道爆破損傷模擬結(jié)果對比66-69
• 5.5 本章小結(jié)69-70
• 第六章 結(jié)論與展望70-72
• 6.1 結(jié)論70
• 6.2 展望70-72
• 參考文獻72-80
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的科研成果80-82
• 致謝82

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