本文關(guān)鍵詞：深部巖體變形破裂時(shí)空演化規(guī)律與機(jī)理研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：深部巷道處于“三高一擾動(dòng)”的復(fù)雜地質(zhì)力學(xué)環(huán)境中,其圍巖破裂的時(shí)空演化規(guī)律與機(jī)理是事關(guān)深部工程穩(wěn)定控制原理與技術(shù)的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題。但由于實(shí)際工程巖體或當(dāng)前物理模型都是不透明材料,圍巖變形的直接觀測(cè)僅限于模型表面,而模型內(nèi)部變形只能通過(guò)局部的、間接的方法進(jìn)行有限觀測(cè),致使全面細(xì)致的巖體變形破裂過(guò)程及其復(fù)雜力學(xué)行為研究受到很大局限。因此,本文以透明巖體相似材料為基礎(chǔ),結(jié)合數(shù)字照相量測(cè)技術(shù)、數(shù)值模擬以及理論分析方法,對(duì)無(wú)構(gòu)造應(yīng)力作用下深埋圓形巷道開(kāi)挖過(guò)程中圍巖的內(nèi)部變形破裂規(guī)律及機(jī)理展開(kāi)研究,主要研究成果如下:(1)圍繞現(xiàn)有透明巖土基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)方法,進(jìn)一步對(duì)透明巖體相似材料以及實(shí)驗(yàn)方法展開(kāi)研究,研制得到了滿足實(shí)驗(yàn)應(yīng)用要求的透明巖體相似材料、透明巖體巷道模型試驗(yàn)裝置和以電機(jī)為加載方式的透明巖體多功能加載試驗(yàn)系統(tǒng),并提出了透明巖體人工填充式制斑方法和三維數(shù)字照相量測(cè)分析方法。(2)通過(guò)對(duì)三維數(shù)字照相量測(cè)相關(guān)算法進(jìn)行研究,采用面向?qū)ο蟮木幊陶Z(yǔ)言Delphi結(jié)合Matlab計(jì)算數(shù)據(jù)庫(kù)成功研發(fā)出了包含圖像預(yù)處理、特征點(diǎn)檢測(cè)、相機(jī)平面檢校和三維坐標(biāo)求解四大模塊的三維數(shù)字照相量測(cè)軟件系統(tǒng)Photogram_3D。(3)獲得了透明巖體巷道模型內(nèi)部變形破裂隨開(kāi)挖加載的時(shí)空演化規(guī)律:1)隨開(kāi)挖面推進(jìn),巷道各處巖體變形將歷經(jīng)基本不變形、變形急劇增長(zhǎng)和變形速率逐漸減小三個(gè)階段;而破裂發(fā)展則可大致分為未破裂、裂紋開(kāi)始出現(xiàn)、上下裂紋開(kāi)始交匯、裂紋開(kāi)始交錯(cuò)貫通、裂紋大幅交錯(cuò)貫通及裂紋偏轉(zhuǎn)壓密6個(gè)階段;2)巷道各處巖體的徑向位移都大致與其距巷道表面的距離呈指數(shù)衰減關(guān)系;3)模型巷道橫斷面巖體的宏觀裂紋數(shù)目及總長(zhǎng)、破裂區(qū)域?qū)挾燃皥A心角等都隨巷道開(kāi)挖通過(guò)時(shí)間或頂部荷載呈指數(shù)增長(zhǎng);4)隨著頂部荷載的增大,頂部巖體將發(fā)生整體滑動(dòng)而導(dǎo)致巷道失穩(wěn)破壞。(4)采用PFC3D離散顆粒流軟件重現(xiàn)了深部巷道巖體的變形破裂時(shí)空演化過(guò)程,并在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步分析了側(cè)壓力系數(shù)、地層埋深和單裂隙分布模式對(duì)巷道圍巖變形破裂的影響,得出:1)高側(cè)壓力系數(shù)是導(dǎo)致巷道圍巖發(fā)生分區(qū)破裂的最主要原因;2)隨著地層埋深的增大,巷道圍巖將在對(duì)角線附近發(fā)生水平交錯(cuò)分離現(xiàn)象并產(chǎn)生兩條明顯的主裂紋,形成“X”型破裂;3)裂隙方位角和裂隙寬度是影響巷道表面圍巖收斂變形的最主要因素,而裂隙方位角和裂隙長(zhǎng)度則對(duì)巷道橫斷面圍巖的破裂擴(kuò)展起著決定性作用。(5)建立了考慮巷道開(kāi)挖時(shí)間效應(yīng)影響和塑性區(qū)巖體剪脹作用的深埋圓形巷道彈塑性模型和滑動(dòng)失穩(wěn)破壞模型,這兩種模型能夠在一定程度上對(duì)巷道圍巖的變形破裂時(shí)空演化規(guī)律進(jìn)行表征和說(shuō)明。(6)獲得了無(wú)構(gòu)造應(yīng)力深埋圓形巷道巖體的變形破裂機(jī)理:1)巷道圍巖變形是彈性變形、剪脹變形和滑動(dòng)變形這三種型式變形的疊加結(jié)果;2)圍巖徑向應(yīng)力的多次突然卸載是導(dǎo)致巷道幫部巖體呈“月牙型”破裂并逐漸往深部和頂?shù)撞繑U(kuò)展的主要原因;3)巷道幫部巖體的破裂擴(kuò)展將導(dǎo)致其承載能力和抗滑能力降低,進(jìn)而引起巷道頂?shù)撞繋r體“立足不穩(wěn)”而發(fā)生整體性滑動(dòng),出現(xiàn)“X”型破裂。
【關(guān)鍵詞】：透明巖體 數(shù)字照相量測(cè)技術(shù) 變形破裂 時(shí)空演化 PFC3D 彈塑性模型 整體穩(wěn)定性
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TU45
【目錄】：

• 致謝4-5
• 摘要5-7
• Abstract7-9
• Extended Abstract9-31
• 變量注釋表31-33
• 1 緒論33-46
• 1.1 問(wèn)題的提出33
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀33-43
• 1.3 主要研究?jī)?nèi)容與方法43-44
• 1.4 論文主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)44-46
• 2 基于透明巖體相似材料的深部巷道模擬試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)46-71
• 2.1 試驗(yàn)研究目的46
• 2.2 透明巖體相似材料及其基本物理力學(xué)性質(zhì)測(cè)試46-51
• 2.3 透明巖體巷道模型試驗(yàn)裝置與加載系統(tǒng)設(shè)計(jì)51-58
• 2.4 透明巖體巷道的變形破裂數(shù)字照相測(cè)量方法58-63
• 2.5 深埋巷道模擬試驗(yàn)設(shè)計(jì)63-69
• 2.6 本章小結(jié)69-71
• 3 基于透明巖體二維量測(cè)的深部巷道變形時(shí)空演化規(guī)律研究71-104
• 3.1 模型巷道開(kāi)挖時(shí)巖體的變形時(shí)空演化規(guī)律分析71-84
• 3.2 模型巷道加載時(shí)巖體的變形時(shí)空演化規(guī)律分析84-100
• 3.3 深部圓形巷道圍巖變形時(shí)空演化規(guī)律分析100-102
• 3.4 本章小結(jié)102-104
• 4 基于透明巖體三維量測(cè)的深部巷道變形時(shí)空演化規(guī)律研究104-138
• 4.1 普通數(shù)碼相機(jī)的三維變形量測(cè)原理104-107
• 4.2 透明巖體三維數(shù)字照相量測(cè)軟件開(kāi)發(fā)107-125
• 4.3 三維數(shù)字照相量測(cè)軟件解算精度檢驗(yàn)125-129
• 4.4 深部巷道圍巖三維變形時(shí)空演化規(guī)律研究129-136
• 4.5 本章小結(jié)136-138
• 5 基于透明巖體試驗(yàn)的深部巷道破裂時(shí)空演化規(guī)律研究138-159
• 5.1 模型巷道開(kāi)挖時(shí)巖體的破裂時(shí)空演化規(guī)律138-148
• 5.2 模型巷道加載時(shí)巖體的破裂時(shí)空演化規(guī)律148-155
• 5.3 深埋圓形巷道巖體的破裂發(fā)展規(guī)律分析155-157
• 5.4 本章小結(jié)157-159
• 6 深埋巖體變形破裂PFC3D數(shù)值模擬研究159-201
• 6.1 深埋巷道圍巖的PFC~(3D)數(shù)值模型建立159-161
• 6.2 深埋巷道圍巖開(kāi)挖變形破裂時(shí)空演化規(guī)律161-177
• 6.3 側(cè)壓系數(shù)對(duì)巷道周邊巖體變形破裂的影響177-184
• 6.4 地層埋深對(duì)巷道周邊巖體變形破裂的影響184-192
• 6.5 單裂隙對(duì)巷道周邊巖體變形破裂的影響192-199
• 6.6 本章小結(jié)199-201
• 7 深部巖體變形破裂時(shí)空演化機(jī)理研究201-235
• 7.1 深埋圓形巷道變形破裂的彈塑性分析201-220
• 7.2 深埋圓形巷道整體滑動(dòng)失穩(wěn)破壞分析220-228
• 7.3 巖溶水壓對(duì)深埋圓形巷道變形破裂影響分析228-231
• 7.4 深埋圓形巷道巖體的變形破裂時(shí)空演化機(jī)理231-234
• 7.5 本章小結(jié)234-235
• 8 結(jié)論與展望235-240
• 8.1 主要研究成果235-238
• 8.2 展望238-240
• 參考文獻(xiàn)240-249
• 作者簡(jiǎn)歷249-252
• 學(xué)位論文數(shù)據(jù)集252

  本文關(guān)鍵詞：深部巖體變形破裂時(shí)空演化規(guī)律與機(jī)理研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：402304