动力扰动下岩体结构面力学特性及在露井联采工程中应用研究

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露天煤矿边坡含有大量具有初始损伤的非连续岩体结构面,岩体结构面的结构形式、空间分布及其力学行为控制边坡工程稳定性,动力扰动下露井联采将使边坡岩体结构面进一步损伤劣化。论文以中煤平朔集团公司安家岭矿为背景,通过室内试验、理论分析和数值计算相结合的研究方法,对动力扰动下岩体结构面的力学特性及其在露井联采工程中应用进行研究。
  根据边坡岩体结构面形态、充填情况及连续性等特征对其进行分类,分别研究了其抗剪强度的计算方法及在动力扰动下的强度效应;通过循环动力扰动下结构面岩石单轴试验研究,获得了不同倾角岩体结构面在动力扰动作用下的力学特性及破坏特征,确定了扰动循环加载中结构面发生破坏与否的扰动阈值的表达式,并构建了考虑扰动阈值影响的岩体结构面循环加-卸载本构模型;基于突变理论,构建了动力扰动下岩体结构面尖点突变模型,提出动力扰动下岩体结构面发生突变失稳判据,并建立了充填结构面的动力学模型,研究了岩体结构面单元倾角、静载大小、动力扰动幅值及扰动次数对岩体结构面单元破坏的影响规律;通过对不同含水率和不同轴压下软岩进行流变扰动效应实验,研究了水平应力、含水率、扰动载荷对结构面岩石蠕变的影响,并构建了岩体结构面流变扰动效应的本构模型;建立了井工开采覆岩运动诱导露天边坡失稳的“砌体板”结构模型,提出了结构失稳的判据;通过对Flac3D自定义本构模型二次开发,对安家岭北帮边坡在井工开采及动力扰动影响下的应力状态进行分析;并从露井联采边坡结构面蠕变扰动劣化效应和采空区“蠕变扰动活化”两个方面来阐述露井联采边坡变形破坏机理。该研究成果不仅具有重要的学术价值,而且对露井联采工程实践具有较强的指导意义。
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