应力波扰动对块系岩体超低摩擦效应影响试验研究
发布时间：2021-10-17 08:44
随开采深度增加,深部岩体更趋于破碎成为块系介质,在高地应力和开采扰动条件下,极易发生块系岩体超低摩擦效应,进而诱发冲击地压灾害。考虑砂岩顶板间、顶板-煤-底板间、深部趋于破碎的岩体与岩体间、巷道中以及覆水岩层间等实际工况。以块系岩体为研究对象,采用自主研制超低摩擦试验装置分别进行应力波扰动条件下不同岩性、非均质、不同高度以及含水块体超低摩擦效应试验研究。对块系岩体施加轴压、水平冲击以及垂直方向应力波扰动作用,来模拟岩石所处应力环境。通过改变应力波扰动频率、幅值,以工作块体残余位移、水平加速度表征块体超低摩擦效应强度,分析完整砂岩块体、煤岩组合块体、两块平行节理砂岩块体、四块平行节理砂岩块体、含孔洞砂岩块体以及不同高度砂岩块体、含水砂岩块体超低摩擦效应强度及块体能量特征规律。其结论为块系岩体超低摩擦效应研究深入认识提供了重要科学参考。研究结果表明:（1）分析了应力波扰动对块系岩体超低摩擦效应强度影响规律。应力波扰动频率对块体超低摩擦效应影响存在强弱区间,当应力波扰动频率位于13Hz低频区间内,块体残余位移增大,超低摩擦效应强度增强;块体超低摩擦效应强度随应力波扰动幅...
【文章来源】：辽宁工程技术大学辽宁省
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【图文】：
水平位移与滞后时间的关系[53]
辽宁工程技术大学硕士学位论文6图1.4深部岩体动态特性多功能试验系统[69]Fig.1.4Multifunctionaltestsystemofdynamiccharacteristicsofdeeprockmass[69]王德荣等[70]自主研制了可进行深部岩体超低摩擦试验的动态特性多功能试验系统，如图1.4。该系统可通过下落的小球为块系岩体施加垂直冲击作用、利用砝码及摆锤对块体施加水平静力及冲击作用，通过位移、加速度传感器测量块体的位移及加速度，依次分析块系岩体的超低摩擦效应及动力响应情况。戚承志等[71]对深部岩体构造层次及其成因进行了分析。内在原因是在岩石形成时，由于不平衡状态的存在及与周围环境进行能量及物质交换，出现了耗散结构及自组织过程，从而形成了相互嵌入的自相似分形结构。外因是由于外部场作用的存在使得地壳处于不平衡状态。从而引起地球运动状态的改变。其中，地球旋转轴的运动对岩体构造层次的形成起主要作用。潘一山等[72]针对深部冲击地压发生时，煤岩体有明显的错动现象，基于块系岩体中摆型波传播理论，研究摆型波在块系岩体中传播时诱发岩块间的超低摩擦发生机理。通过分析动力作用下岩块间的相对位移最大值，研究块系岩体的超低摩擦发生规律。王凯兴等[73]基于深部岩体的非连续自平衡地应力等级块系构造理论，研究摆型波传播过程块系岩体中岩块与其周围软弱介质之间的能量转化规律，分析自应力块系岩体中的能量传递规律。刘冬桥等[74-76]进行静载动载共同作用试验，模拟了巷道诱发冲击地压破坏的过程，提出了一种判别是否动载诱发冲击地压的试验方法，并将动载诱发冲击分成平静期、颗粒弹射、碎屑剥落、冲击地压剧烈破坏等四个阶段，对碎屑破碎状态及形状进行了分析。李利萍等[77]建立地应力及双向冲击载荷作用下，块系岩体超低摩擦效应理论模型。对各块体间法
辽宁工程技术大学硕士学位论文12施加轴压：0~30MPa施加垂直扰动：0~3MPa垂直扰动频率：0~30Hz液压站施加水平冲击：0~30MPa施加围压0~30MPa图2.2超低摩擦加载试验台Fig.2.2Hydraulicloadingtestplatformwithanomalouslylowlowfriction2.3试件制备本文分别研究应力波扰动对砂岩块体、煤岩组合块体、破碎砂岩块体、含孔洞砂岩块体、不同高度砂岩块体、含水砂岩块体等6组不同试件超低摩擦效应影响分析，本文砂岩块体、煤岩块体采自阜新孙家湾煤矿，将所采大块岩样运至实验室后，严格按照岩石力学试验规程要求，加工成标准柱形煤样，高100mm±2mm，截面直径50mm±2mm。将煤岩块试样分别在辽宁工程技术大学YAW-2000电液伺服岩石压力试验机上进行单轴压缩试验，以位移方式加载，加载速度0.005mm/s，直至试样破坏，如图2.3-图2.5所示为试验图。块体参数如表2.3-2.4所示。图2.3标准岩块试样Fig.2.3Standardrocksample
【参考文献】：
期刊论文
[1]含水含孔试样破坏的波速及功率谱密度特征[J]. 张天军,张磊,李树刚,刘佳蕾,纪翔,潘红宇. 煤炭学报. 2018(12)
[2]冲击荷载作用下岩石动态响应预测研究[J]. 刘杰,冯世国,李天斌,王瑞红,雷岚,王飞. 岩土工程学报. 2018(11)
[3]冲击扰动对超低摩擦型冲击地压影响分析[J]. 李利萍,李卫军,潘一山. 岩石力学与工程学报. 2019(01)
[4]断层夹持型不规则工作面冲击地压成因与防控[J]. 潘立友,李彩荣,陈理强. 煤炭科学技术. 2018(10)
[5]矩形巷道冲击地压影响因素研究[J]. 李忠华,包思远,梁影,尹万蕾. 煤炭科学技术. 2018(10)
[6]块系岩体滑移失稳中低摩擦效应的理论与试验研究[J]. 蒋海明,李杰,王明洋. 岩土力学. 2019(04)
[7]煤矿深部开采煤岩动力灾害多尺度分源防控理论与技术架构[J]. 齐庆新,潘一山,舒龙勇,李宏艳,姜德义,赵善坤,邹银辉,潘俊锋,王魁军,李海涛. 煤炭学报. 2018(07)
[8]砂岩冲击岩爆实验碎屑研究[J]. 刘冬桥,张晓云,何满潮,王炯,王炀. 矿业科学学报. 2018(03)
[9]微扰动诱发断裂滑移型岩爆的力学机制与条件[J]. 李杰,王明洋,李新平,黄厚旭,蒋海明. 岩石力学与工程学报. 2018(S1)
[10]坚硬煤岩组合体变形破坏特征及冲击特性研究[J]. 王宁,姜耀东,朱登元,闫正余. 长江科学院院报. 2018(03)
博士论文
[1]节理化岩体超低摩擦现象实验研究[D]. 任晓龙.中国矿业大学(北京) 2017
[2]断层型冲击矿压的动静载叠加诱发原理及其监测预警研究[D]. 蔡武.中国矿业大学 2015
[3]冲击地压发生和破坏过程研究[D]. 潘一山.清华大学 1999
硕士论文
[1]深埋地下洞室高边墙围岩块体超低摩擦效应研究[D]. 樊伟.武汉理工大学 2017
[2]深部岩体超低摩擦效应的FLAC-3D数值模拟研究[D]. 吕家庆.辽宁工程技术大学 2015
本文编号：3441473
【文章来源】：辽宁工程技术大学辽宁省
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【图文】：
水平位移与滞后时间的关系[53]
辽宁工程技术大学硕士学位论文6图1.4深部岩体动态特性多功能试验系统[69]Fig.1.4Multifunctionaltestsystemofdynamiccharacteristicsofdeeprockmass[69]王德荣等[70]自主研制了可进行深部岩体超低摩擦试验的动态特性多功能试验系统，如图1.4。该系统可通过下落的小球为块系岩体施加垂直冲击作用、利用砝码及摆锤对块体施加水平静力及冲击作用，通过位移、加速度传感器测量块体的位移及加速度，依次分析块系岩体的超低摩擦效应及动力响应情况。戚承志等[71]对深部岩体构造层次及其成因进行了分析。内在原因是在岩石形成时，由于不平衡状态的存在及与周围环境进行能量及物质交换，出现了耗散结构及自组织过程，从而形成了相互嵌入的自相似分形结构。外因是由于外部场作用的存在使得地壳处于不平衡状态。从而引起地球运动状态的改变。其中，地球旋转轴的运动对岩体构造层次的形成起主要作用。潘一山等[72]针对深部冲击地压发生时，煤岩体有明显的错动现象，基于块系岩体中摆型波传播理论，研究摆型波在块系岩体中传播时诱发岩块间的超低摩擦发生机理。通过分析动力作用下岩块间的相对位移最大值，研究块系岩体的超低摩擦发生规律。王凯兴等[73]基于深部岩体的非连续自平衡地应力等级块系构造理论，研究摆型波传播过程块系岩体中岩块与其周围软弱介质之间的能量转化规律，分析自应力块系岩体中的能量传递规律。刘冬桥等[74-76]进行静载动载共同作用试验，模拟了巷道诱发冲击地压破坏的过程，提出了一种判别是否动载诱发冲击地压的试验方法，并将动载诱发冲击分成平静期、颗粒弹射、碎屑剥落、冲击地压剧烈破坏等四个阶段，对碎屑破碎状态及形状进行了分析。李利萍等[77]建立地应力及双向冲击载荷作用下，块系岩体超低摩擦效应理论模型。对各块体间法
辽宁工程技术大学硕士学位论文12施加轴压：0~30MPa施加垂直扰动：0~3MPa垂直扰动频率：0~30Hz液压站施加水平冲击：0~30MPa施加围压0~30MPa图2.2超低摩擦加载试验台Fig.2.2Hydraulicloadingtestplatformwithanomalouslylowlowfriction2.3试件制备本文分别研究应力波扰动对砂岩块体、煤岩组合块体、破碎砂岩块体、含孔洞砂岩块体、不同高度砂岩块体、含水砂岩块体等6组不同试件超低摩擦效应影响分析，本文砂岩块体、煤岩块体采自阜新孙家湾煤矿，将所采大块岩样运至实验室后，严格按照岩石力学试验规程要求，加工成标准柱形煤样，高100mm±2mm，截面直径50mm±2mm。将煤岩块试样分别在辽宁工程技术大学YAW-2000电液伺服岩石压力试验机上进行单轴压缩试验，以位移方式加载，加载速度0.005mm/s，直至试样破坏，如图2.3-图2.5所示为试验图。块体参数如表2.3-2.4所示。图2.3标准岩块试样Fig.2.3Standardrocksample
【参考文献】：
期刊论文
[1]含水含孔试样破坏的波速及功率谱密度特征[J]. 张天军,张磊,李树刚,刘佳蕾,纪翔,潘红宇. 煤炭学报. 2018(12)
[2]冲击荷载作用下岩石动态响应预测研究[J]. 刘杰,冯世国,李天斌,王瑞红,雷岚,王飞. 岩土工程学报. 2018(11)
[3]冲击扰动对超低摩擦型冲击地压影响分析[J]. 李利萍,李卫军,潘一山. 岩石力学与工程学报. 2019(01)
[4]断层夹持型不规则工作面冲击地压成因与防控[J]. 潘立友,李彩荣,陈理强. 煤炭科学技术. 2018(10)
[5]矩形巷道冲击地压影响因素研究[J]. 李忠华,包思远,梁影,尹万蕾. 煤炭科学技术. 2018(10)
[6]块系岩体滑移失稳中低摩擦效应的理论与试验研究[J]. 蒋海明,李杰,王明洋. 岩土力学. 2019(04)
[7]煤矿深部开采煤岩动力灾害多尺度分源防控理论与技术架构[J]. 齐庆新,潘一山,舒龙勇,李宏艳,姜德义,赵善坤,邹银辉,潘俊锋,王魁军,李海涛. 煤炭学报. 2018(07)
[8]砂岩冲击岩爆实验碎屑研究[J]. 刘冬桥,张晓云,何满潮,王炯,王炀. 矿业科学学报. 2018(03)
[9]微扰动诱发断裂滑移型岩爆的力学机制与条件[J]. 李杰,王明洋,李新平,黄厚旭,蒋海明. 岩石力学与工程学报. 2018(S1)
[10]坚硬煤岩组合体变形破坏特征及冲击特性研究[J]. 王宁,姜耀东,朱登元,闫正余. 长江科学院院报. 2018(03)
博士论文
[1]节理化岩体超低摩擦现象实验研究[D]. 任晓龙.中国矿业大学(北京) 2017
[2]断层型冲击矿压的动静载叠加诱发原理及其监测预警研究[D]. 蔡武.中国矿业大学 2015
[3]冲击地压发生和破坏过程研究[D]. 潘一山.清华大学 1999
硕士论文
[1]深埋地下洞室高边墙围岩块体超低摩擦效应研究[D]. 樊伟.武汉理工大学 2017
[2]深部岩体超低摩擦效应的FLAC-3D数值模拟研究[D]. 吕家庆.辽宁工程技术大学 2015
本文编号：3441473
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