正交各向异性板裂屈曲岩爆机制与控制对策研究

发布时间：2019-03-19 18:51

【摘要】：高应力硬岩板裂化破坏现象普遍存在于工程地质和采矿工程现场,而以此诱发的板裂屈曲岩爆也给深部资源的安全高效开采带来了严峻挑战。为了分析深部高应力硬岩板裂屈曲岩爆的力学机理与控制对策,对板裂化岩体建立了正交各向异性薄板力学模型,推导出双向受力条件下板裂屈曲岩爆临界荷载值;在解出弯曲形变势能的基础之上,依据能量法求得了薄板压曲状态下的挠度值。提出采用充填法的控制对策以防治板裂屈曲岩爆的发生,并推导出充填体所需的围压值。研究结果表明:(1)针对竖向层状岩体中发生的板裂屈曲岩爆现象,应对板裂化岩体建立正交各向异性薄板力学模型进行相关力学机理的研究;(2)轴向应力的增加不仅促进了板裂化破坏的形成,还加剧了板裂屈曲岩爆发生的可能性;(3)在一定范围内,板裂体在压曲作用下的水平挠度值随板厚的减小而增大,且当长高比为E_2/E_1~(1/4)时,有最大挠度值;(4)在对采空区进行充填时,较小的充填体围压值便可以有效抑制板裂屈曲岩爆的发生。
[Abstract]:The cracking failure phenomenon of high stress hard rock slab is common in engineering geology and mining engineering site, and the plate crack buckling rock burst induced by this phenomenon also brings serious challenge to the safety and high efficiency mining of deep resources. In order to analyze the mechanics mechanism and control measures of fracture buckling rock burst of deep high stress hard rock plate, an orthotropic thin plate mechanical model is established for plate cracking rock mass, and the critical load value of plate crack buckling rock burst under biaxial stress is derived. On the basis of solving the potential energy of bending deformation, the deflection value of thin plate under the condition of pressing and bending is obtained according to the energy method. The control measures of filling method are put forward to prevent the occurrence of plate crack and buckling rock burst, and the confining pressure value required for filling body is deduced. The results show that: (1) in view of the plate crack buckling rock burst phenomenon in vertical layered rock mass, the mechanical model of orthotropic thin plate should be established to study the mechanical mechanism of plate cracking rock mass; (2) the increase of axial stress not only promotes the formation of plate cracking failure, but also aggravates the possibility of plate fracture and flexor rock burst; (3) in a certain range, the horizontal deflection of plate crack increases with the decrease of plate thickness, and the maximum deflection value is obtained when the ratio of length to height is E _ (2) / E ~ (1) ~ (1) ~ (1 ~ (1); (4) when the goaf is filled, the smaller confining pressure value of the filling body can effectively restrain the occurrence of plate crack buckling rock burst.
【作者单位】： 中南大学资源与安全工程学院;
【基金】：国家自然科学基金项目(51474250) 国家重点研发计划资助项目(2016YFC0600706) 中南大学中央高校基本科研业务费专项资金项目(2016zzts097)
【分类号】：TD313

【参考文献】

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1 翁磊;李夕兵;周子龙;刘科伟;;屈曲型岩爆的发生机制及其时效性研究[J];采矿与安全工程学报;2016年01期

2 周辉;徐荣超;卢景景;章奇锋;张传庆;孟凡震;;板裂化模型试样失稳破坏及其裂隙扩展特征的试验研究[J];岩土力学;2015年S2期

3 左双英;史文兵;梁风;黄春;赵蕊;;层状各向异性岩体破坏模式判据数值实现及工程应用[J];岩土工程学报;2015年S1期

4 周辉;徐荣超;卢景景;张传庆;孟凡震;沈峥;;深埋隧洞板裂化围岩预应力锚杆锚固效应试验研究及机制分析[J];岩石力学与工程学报;2015年06期

5 周辉;孟凡震;张传庆;卢景景;徐荣超;;深埋硬岩隧洞岩爆的结构面作用机制分析[J];岩石力学与工程学报;2015年04期

6 李夕兵;姚金蕊;宫凤强;;硬岩金属矿山深部开采中的动力学问题[J];中国有色金属学报;2011年10期

7 殷志强;李夕兵;金解放;尹土兵;刘科伟;;围压卸载速度对岩石动力强度与破碎特性的影响[J];岩土工程学报;2011年08期

8 侯哲生;龚秋明;孙卓恒;;锦屏二级水电站深埋完整大理岩基本破坏方式及其发生机制[J];岩石力学与工程学报;2011年04期

9 吴世勇;龚秋明;王鸽;侯哲生;佘祺锐;;锦屏Ⅱ级水电站深部大理岩板裂化破坏试验研究及其对TBM开挖的影响[J];岩石力学与工程学报;2010年06期

10 刘宁;朱维申;于广明;李晓静;;高地应力条件下围岩劈裂破坏的判据及薄板力学模型研究[J];岩石力学与工程学报;2008年S1期

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1 李晓静;深埋洞室劈裂破坏形成机理的试验和理论研究[D];山东大学;2007年

2 张学民;岩石材料各向异性特征及其对隧道围岩稳定性影响研究[D];中南大学;2007年

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1 呼志明;节理岩体各向异性及其强度特征分析[D];北京交通大学;2015年

2 贺发远;金川二矿区充填体质量与成本控制的研究[D];昆明理工大学;2005年

【共引文献】

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1 陈光辉;李夕兵;ZHANG Ping;NORDLUND Erling;董陇军;;考虑断层滑移应力波辐射特征的巷道支护参数优化研究[J];采矿与安全工程学报;2017年04期

2 高庆伟;孙嘉;郝显福;;基于3D-σ有限元法的采场结构参数优化[J];黄金;2017年06期

3 李夕兵;周健;王少锋;刘冰;;深部固体资源开采评述与探索[J];中国有色金属学报;2017年06期

4 康艳军;;超深埋隧道高地应力岩爆地段施工技术研究[J];建设科技;2017年11期

5 刘德克;李克钢;吴勇;魏昶帆;;一维动静组合加载下岩石力学特性的数值模拟研究[J];矿业研究与开发;2017年05期

6 张晓君;林芊君;于辉;;硬岩树脂锚杆锚固体岩爆破裂演化试验研究[J];矿业研究与开发;2017年05期

7 康钦容;张卫中;张电吉;;层状岩体破坏性质试验研究[J];科学技术与工程;2017年14期

8 裴峰;张军工;马庆福;纪洪广;向鹏;;卸荷条件下岩石破坏能量演化试验研究进展[J];金属矿山;2017年05期

9 李鹏;苗胜军;;中国大陆金属矿区实测地应力分析及应用[J];工程科学学报;2017年03期

10 刘泉声;魏莱;刘学伟;刘建平;潘玉丛;;基于Griffith强度理论的岩石裂纹起裂经验预测方法研究[J];岩石力学与工程学报;2017年07期

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1 李志鹏;高地应力下大型地下洞室群硬岩EDZ动态演化机制研究[D];中国地质大学;2016年

2 张继华;考虑渗流作用的深部巷道围岩流变特性及控制机理研究[D];中国矿业大学;2015年

3 师访;岩石破裂过程的扩展有限元法研究[D];中国矿业大学;2015年

4 刘运思;横观各向同性岩体巴西劈裂试验理论及工程应用研究[D];中南大学;2013年

5 王晓雷;软岩层理结构效应实验研究[D];中国矿业大学（北京）;2013年

6 吝曼卿;模拟地下工程应力环境梯度加载下的岩爆机理研究[D];武汉理工大学;2013年

7 张婷婷;地下水封洞库岩体力学参数REV的各向异性研究[D];中国地质大学;2013年

8 刘业科;水岩作用下深部岩体的损伤演化与流变特性研究[D];中南大学;2012年

9 孙博;高埋深地下洞室围岩破坏机理及其稳定性的细观力学研究[D];天津大学;2012年

10 王传留;孕镶金刚石仿生结构耐磨性能的研究[D];吉林大学;2011年

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1 周华林;空场嗣后充填采矿法充填体合理强度分布规律研究[D];武汉理工大学;2012年

2 王海瑞;全尾砂胶结充填自流输送管路改造及优化[D];中南大学;2010年

3 龚正国;充填料管道水力输送特性的数值分析与研究[D];中南大学;2008年

【二级参考文献】

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1 陈璐;谭云亮;臧传伟;赵同彬;于凤海;;加锚岩石力学性质及破坏特征试验研究[J];岩土力学;2014年02期

2 左双英;叶明亮;唐晓玲;续建科;史文兵;;层状岩体地下洞室破坏模式数值模型及验证[J];岩土力学;2013年S1期

3 Peter K. Kaiser;;Design of rock support system under rockburst condition[J];Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering;2012年03期

4 黄书岭;丁秀丽;邬爱清;卢波;张宜虎;;层状岩体多节理本构模型与试验验证[J];岩石力学与工程学报;2012年08期

5 冯夏庭;陈炳瑞;明华军;吴世勇;肖亚勋;丰光亮;周辉;邱士利;;深埋隧洞岩爆孕育规律与机制:即时型岩爆[J];岩石力学与工程学报;2012年03期

6 陈炳瑞;冯夏庭;明华军;周辉;曾雄辉;丰光亮;肖亚勋;;深埋隧洞岩爆孕育规律与机制:时滞型岩爆[J];岩石力学与工程学报;2012年03期

7 张宁;李术才;李明田;吕爱钟;;单轴压缩条件下锚杆对含三维表面裂隙试样的锚固效应试验研究[J];岩土力学;2011年11期

8 刘立鹏;汪小刚;贾志欣;段庆伟;于洪治;刘斌;;锦屏二级水电站施工排水洞岩爆机理及特征分析[J];中南大学学报(自然科学版);2011年10期

9 李术才;张宁;吕爱钟;李明田;杨磊;;单轴拉伸条件下断续节理岩体锚固效应试验研究[J];岩石力学与工程学报;2011年08期

10 侯哲生;龚秋明;孙卓恒;;锦屏二级水电站深埋完整大理岩基本破坏方式及其发生机制[J];岩石力学与工程学报;2011年04期

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1 戴永浩;非饱和板岩细观试验与本构模型研究[D];中国科学院研究生院（武汉岩土力学研究所）;2006年

2 张贵科;节理岩体正交各向异性等效力学参数与屈服准则研究及其工程应用[D];河海大学;2006年

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1 王利戈;多裂隙岩体的破坏机理试验及数值分析研究[D];山东大学;2012年

2 胡细伟;节理岩体抗剪强度参数研究及其工程应用[D];大连理工大学;2012年

3 吴秋红;两种各向异性岩石的力学参数研究[D];河南理工大学;2011年

4 涂运伟;节理岩体各向异性屈服准则的研究及应用[D];大连理工大学;2010年

5 闫小兵;地壳岩石各向异性的实验研究[D];中国地震局地质研究所;2008年

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1 秦圣立,阎柯柱,胡象岭,黄家寅;关于非均匀圆柱型正交各向异性图板材料性质的研究[J];应用数学和力学;1997年12期

2 张克实,张光,余海东;正交各向异性弹塑性有限变形的有限元计算方法[J];兵工学报;2000年S1期

3 刘永丰;正交各向异性板受力偶作用时的响应[J];扬州职业大学学报;2004年02期

4 黄民海;两个不同正交各向异性弹性长条的焊接问题(英文)[J];数学研究与评论;2002年02期

5 朱甫金,陶宝祺;小孔法测量正交各向异性材料残余应力[J];复合材料学报;1998年02期

6 冯露,张克实,张光;正交各向异性有限变形下材料的粘塑性力学行为的研究[J];机械科学与技术;2002年02期

7 刘宗贤;正交各向异性组合圆板非经典理论抗爆效应解析解[J];爆炸与冲击;1998年03期

8 魏凤春;张军;张晓;张恒;;正交各向异性易碎复合材料层合板的设计与试验研究[J];工程塑料应用;2011年05期

9 R.Prabhakaran;R.G.Chermahihi;李章成;;最小二乘法在正交各向异性复合材料的弹性和光弹性检测上的应用[J];西安工业大学学报;1985年04期

10 汪文学,高雄善裕;正交各向异性复合材料板的非线性弹性应力应变关系[J];固体力学学报;1991年04期

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4 赵宝生;高阳;张德臣;;正交各向异性梁的精化理论[A];第十五届全国复合材料学术会议论文集（下册）[C];2008年

5 张伟星;庞辉;;正交各向异性弹性地基板计算新方法[A];“力学2000”学术大会论文集[C];2000年

6 王建东;冯耀荣;林凯;王建军;刘永刚;;两对边简支单向非均匀变厚度正交各向异性矩形板弯曲的一般解[A];中国力学学会学术大会'2009论文摘要集[C];2009年

7 吕书锋;胡宇达;;正交各向异性叠层板的非线性主共振分析[A];第八届全国动力学与控制学术会议论文集[C];2008年

8 姚伟岸;胡小飞;;正交各向异性地基板弯曲的辛求解方法[A];2009年度海峡两岸工程力学研讨会论文集[C];2009年

9 李佩勋;尚仁杰;吴转琴;宫锡胜;周剑锋;;具有正交各向异性的混凝土复合板无梁楼盖计算方法[A];第八届后张预应力学术交流会论文集[C];2004年

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3 吴枝根;正交各向异性材料V型切口及界面问题的应力奇异性研究[D];合肥工业大学;2009年

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2 蔡智宇;矩形正交各向异性薄板弯曲受迫振动问题的分析解[D];大连理工大学;2011年

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本文编号：2443794