基于颗粒流的破碎岩体间溃砂试验及数值模拟
发布时间:2017-06-21 00:03
本文关键词:基于颗粒流的破碎岩体间溃砂试验及数值模拟,由笔耕文化传播整理发布。
【摘要】:本文以榆神府地区薄基岩浅埋深的特殊地质条件为原型,概化了垮落带破碎岩体间溃砂的工程地质模型,确定了影响溃砂的基本因素。采用自行设计的溃砂装置对破碎岩体空隙间颗粒流动进行了研究,归纳总结出溃砂运动方程,同时应用数值模拟的手段深入揭示了溃砂内部的运动特征。主要结论如下:(1)分析了陕北矿区的区域概况、地层条件、工程地质条件和水文地质条件,得出上覆基岩破碎岩体间的裂隙通道和松散层风积砂是溃砂灾害发生的主要因素。针对矿区垮落带溃砂,认为井下溃砂通道主要是切落裂缝或破碎岩体裂隙等空隙,物源为地表风积砂及上覆松散砂层含水层。(2)采用自行设计研制的室内溃砂模型,选定颗粒粒径、松散层厚度、破碎岩块直径、垮落带高度为溃砂因素并进行试验设计。试验发现:在一定高度试验圆筒内的砂体处于静力平衡状态,砂体下降保持匀速,松散层的厚度对溃砂速度无影响。垮落带岩块对溃砂有阻挡作用,溃砂速度随着岩块层数增加呈现递减的趋势,满足回归方程为反比例函数关系,并且计算出球状岩块受力分布规律以及溃砂通道对颗粒阻挡作用分布。通过方差分析得出岩块直径和颗粒粒径对溃砂速度有高度显著影响,而且前者更加显著,并归纳出以岩块直径3次幂和颗粒粒径1次幂的比值做综合指标,溃砂速度随综合指标表现为底数大于1的对数函数关系。最后得出溃砂速度关于颗粒粒径、岩块直径、垮落带岩块层数的综合方程。(3)在数值模拟中发现溃砂经历颗粒间压密、砂体匀速下降、垮落带内紊流和自由下落四个运动阶段,溃砂速度在第一阶段加速增大后减速回落,速度曲线像“V”字形;第二阶段速度曲线以一定频率小幅振动,整体保持平直;第三阶段速度曲线大幅振动,速度变化紊乱。颗粒经过溃砂通道时速度在通道口上方区域由上而下逐层增大,以“多层拱形”的形式分布。遇到下一层岩块阻挡后,高速下降的颗粒瞬间碰撞、减速、分散,速度降至很低并伴有大量速度为零的零散区域,颗粒表现紊流运动。岩体正上方作用力密度最大,侧面偏小,岩块剖面作用力呈扇形分布,粒间作用力在通道口附近发生偏转,以拱形力链的形式阻挡颗粒。
【关键词】:溃砂 裂隙通道 垮落带 颗粒流 数值模拟
【学位授予单位】:中国矿业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TD771
【目录】:
- 致谢4-5
- 摘要5-6
- Abstract6-17
- 变量注释表17-19
- 1 绪论19-27
- 1.1 研究背景与意义19-20
- 1.2 国内外研究现状及存在问题20-24
- 1.3 研究内容与方案24-27
- 2 区域地质概况27-33
- 2.1 地形地貌27
- 2.2 地质条件27-30
- 2.3 工程地质模型概化30-32
- 2.4 本章小结32-33
- 3 破碎岩体空隙间溃砂影响因素33-42
- 3.1 风积砂物理力学特性33-35
- 3.2 试验用砂35-36
- 3.3 岩体破碎程度36-39
- 3.4 岩体破碎规模39-41
- 3.5 本章小结41-42
- 4 室内溃砂试验42-61
- 4.1 研制思路42
- 4.2 溃砂模型42-44
- 4.3 试验设计44-46
- 4.4 数据处理及结果分析46-60
- 4.5 本章小结60-61
- 5 溃砂数值模拟61-78
- 5.1 数值模拟61-62
- 5.2 溃砂速度62-70
- 5.3 岩块受力与颗粒力链70-73
- 5.4 溃砂模拟73-77
- 5.5 本章小结77-78
- 6 结论78-80
- 6.1 主要结论78-79
- 6.2 存在问题及今后工作79-80
- 参考文献80-86
- 作者简历86-88
- 学位论文数据集88
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前2条
1 栾元重;李静涛;班训海;桑春阳;张长琦;马德鹏;;近距煤层开采覆岩导水裂隙带高度观测研究[J];采矿与安全工程学报;2010年01期
2 王光谦,倪晋仁;颗粒流研究评述[J];力学与实践;1992年01期
本文关键词:基于颗粒流的破碎岩体间溃砂试验及数值模拟,由笔耕文化传播整理发布。
,本文编号:467165
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