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围压作用下岩石塑性与流固耦合特性研究及其应用

发布时间:2021-01-17 12:03
  由于特殊的地质构造,晚古生代华北型煤田在承压水以及采动诱发的循环荷载过程中易受到底板突水威胁。防治水害的基础在于研究这种应力路径下岩石的性能,特别是围压作用下材料在塑性阶段的变形和流固耦合特性。基于广义塑性力学理论,本文采用了循环加卸载实验和理论推导方法,着重研究了加载面非等向演化和弹塑性耦合对弹塑性刚度矩阵的影响,由此导出了渗透系数、有效应力系数与围压、塑性应变的数学表达式,构建了双屈服面弹塑性耦合力学模型及相应的流固耦合模型。由实测数据验证了理论模型的合理性,并实现了参数反演。数值模拟了工程现场,深入研究了煤层赋存环境和开采扰动引发的底板突水机制,取得了创新性成果如下:(1)摒弃了传统的加载面硬化和总量型流动法则假设。通过三轴压缩循环加卸载试验以及相应的数据处理方法,得到了加载面随塑性应变呈现“三段式不等向硬化”现象。同一应力状态下第三塑性主应变会优先产生,其值大于第一塑性主应变,解释了初始各向同性岩石在塑性变形阶段的各向异性行为。通过采动应力实测数据得到了开采过程中底板主应力几乎不发生旋转结果,验证了双屈服面弹塑性耦合力学模型的合理性。(2)定量描述了岩石的弹塑性耦合特性。塑性段... 

【文章来源】:中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】:261 页

【学位级别】:博士

【文章目录】:
致谢
摘要
abstract
变量注释表
1 绪论
    1.1 问题的提出和研究意义
    1.2 国内外研究现状
    1.3 存在的主要问题
    1.4 本文研究内容及技术路线
    1.5 主要创新点
2 双屈服面弹塑性耦合力学模型
    2.1 力学理论框架
    2.2 塑性本构关系
    2.3 弹塑性耦合力学参数
    2.4 各拟合函数中参数物理意义简析
    2.5 小结
3 岩石流固耦合特性
    3.1 流固耦合理论框架
    3.2 渗透系数
    3.3 有效应力系数
    3.4 关于高孔隙水压力对岩石塑性变形影响的探讨
    3.5 小结
4 材料参数识别与模型验证
    4.1 岩样力学参数
    4.2 岩体力学及水力学参数
    4.3 本构模型的数值实现
    4.4 本构模型的验证
    4.5 小结
5 工程实例
    5.1 研究区域及水文地质特点
    5.2 数值计算参数及导水通道模拟
    5.3 底板塑性区深度二次加深现场实测
    5.4 改进注浆方法
    5.5 小结
6 主要结论
参考文献
作者简历
学位论文数据集



本文编号:2982847

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