胶结充填体与围岩相互作用机理及变形演化规律研究
发布时间：2021-01-24 03:55
传统充填法重点研究胶结充填体充填井下后自身的强度问题,而忽略了不同龄期所呈现的不同强度胶结充填体对围岩稳定性影响不同。胶结充填体与围岩共同承载能力直接影响井下采场高效安全回采和上覆岩层的变形稳定,并且充填采场受到复杂的多向应力环境,以程潮铁矿为工程背景出现了充填法与无底柱分段崩落法共同开采和确保地表选厂安全的充填采场安全高效回采的要求。为确保矿山高效安全开采,通过胶结充填体与围岩共同承载问题的研究确保接触带的稳定,进而确保无底柱分段崩落法不对充填采区的安全构成不利影响,同时通过胶结充填体与围岩的共同承载确保上覆岩层变形稳定,进而确保地表选厂安全。为此,荷载作用下充填体与围岩复合体的变形演化特征及承载能力是接触带稳定性分析和评判的关键科学问题,故采用岩石力学试验、理论分析、数值模拟试验、物理相似模拟试验和现场监测等研究手段,系统研究不同强度胶结充填体对采场围岩稳定性的影响及胶结充填体与围岩共同承载的变形演化规律问题。（1）利用安全系数云图定量表征了含随机节理围岩的变形损伤演化规律;建立了基于随机分组函数的围岩随机分布夹石的复合体数值模拟方法。针对充填体与围岩接触区域围岩应力复杂、节理发育...
【文章来源】：武汉科技大学湖北省
【文章页数】：172 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 研究背景和意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 胶结充填体受载破坏形式及其强度影响因素研究
1.2.2 胶结充填体与围岩相互作用力学模型研究
1.2.3 胶结充填体与围岩共同承载作用下变形特征研究
1.3 研究目标及技术路线
1.3.1 研究内容
1.3.2 研究目标
1.3.3 拟解决的关键科学问题
1.3.4 研究技术路线
第2章 接触带围岩变形特征
2.1 充填采场围岩地质情况调查
2.2 充填采场不同类型围岩变形破坏特征研究
2.2.1 完整围岩加载损伤破坏试验研究
2.2.2 含夹石围岩加载损伤破坏试验研究
2.2.3 含节理围岩加载损伤破坏试验研究
2.3 充填采场围岩损伤破坏定量表征研究
2.3.1 基于超声波监测的内部裂纹萌生
2.3.2 基于测厚仪监测的内部裂纹扩展
2.3.3 基于磁场理论的内部裂纹演化规律
2.4 本章小结
第3章 不同强度胶结充填体对围岩变形破坏影响分析
3.1 不同强度胶结充填体变形破坏特征
3.1.1 胶结充填体配比制样
3.1.2 胶结充填体单轴加载破坏裂纹扩展
3.1.3 胶结充填体破坏形式
3.1.4 胶结充填体的失稳破坏判据
3.2 基于蠕变能量加载法的胶结充填体能量积聚与释放响应分析
3.2.1 微元体破坏的能量积聚与释放响应动态调整假设
3.2.2 应力应变试验
3.2.3 噪音分贝能量测量试验
3.3 不同强度胶结充填体损伤本构模型构建
3.3.1 早期强度胶结充填体本构方程构建
3.3.2 后期强度胶结充填体本构方程构建
3.4 不同强度胶结充填体对围岩稳定性影响的相似模拟试验
3.4.1 早期强度胶结充填体对围岩稳定性影响的相似模拟试验
3.4.2 后期强度胶结充填体对围岩稳定性影响的相似模拟试验
3.5 不同强度胶结充填体对围岩稳定性影响的数值模拟
3.5.1 早期强度胶结充填体对围岩稳定性影响的数值模拟
3.5.2 后期强度胶结充填体对围岩稳定性影响的数值模拟
3.6 本章小结
第4章 充填体与围岩共同承载的复合体变形演化规律
4.1 充填体与顶板围岩共同承载作用试验
4.1.1 共同承载复合体加载试验
4.1.2 加载试验结果与分析
4.1.3 共同承载复合体数值模拟及结果分析
4.2 充填体与矿柱围岩共同承载作用试验
4.2.1 力学模型构建
4.2.2 充填体与矿柱围岩共同承载
4.3 不同荷载形式对充填体与围岩复合体变形规律影响
4.3.1 复合体轴向加载试验
4.3.2 复合体双轴加载剪切试验
4.3.3 复合体的类三轴加载试验
4.4 本章小结
第5章 基于程潮铁矿接触带稳定性的回采顺序优化
5.1 基于接触带稳定性的回采顺序优化
5.1.1 共同开采接触带力学模型
5.1.2 充填采矿法的方案选择
5.1.3 最优回采顺序确定
5.2 充填体与围岩共同承载的接触带围岩稳定性验证
5.2.1 接触带围岩稳定性数值模拟
5.2.2 接触带围岩稳定性相似模拟试验
5.2.3 现场监测
5.3 本章小结
第6章 结论与展望
6.1 结论
6.2 主要创新点
6.3 展望
参考文献
附录1 攻读博士学位期间取得的科研成果
附录2 攻读博士学位期间参加的科研项目
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]3-D discontinuum numerical modeling of subsidence incorporating ore extraction and backfilling operations in an underground iron mine in China[J]. Huang Gang,Kulatilake Pinnaduwa H.S.W.,Shreedharan Srisharan,Cai Sijing,Song Hongqing. International Journal of Mining Science and Technology. 2017(02)
[2]煤岩组合体破坏行为的能量非线性演化特征[J]. 陈岩,左建平,魏旭,宋洪强,孙运江. 地下空间与工程学报. 2017(01)
[3]深部煤岩组合体整体破坏的非线性模型研究[J]. 左建平,陈岩,孙运江,姜广辉,王金涛. 矿业科学学报. 2017(01)
[4]初始温度条件下全尾胶结膏体损伤本构模型[J]. 王勇,吴爱祥,王洪江,王贻明,崔亮,靳斐,周勃,沈家华. 工程科学学报. 2017(01)
[5]A roof model and its application in solid backfilling mining[J]. Ju Feng,Huang Peng,Guo Shuai,Xiao Meng,Lan Lixin. International Journal of Mining Science and Technology. 2017(01)
[6]不同围压作用下煤-岩组合体破坏行为及强度特征[J]. 左建平,陈岩,张俊文,王金涛,孙运江,姜广辉. 煤炭学报. 2016(11)
[7]连续级配废石胶结充填体强度及变形特性试验研究[J]. 吴疆宇,冯梅梅,郁邦永,陈占清,茅献彪,韩观胜. 岩土力学. 2017(01)
[8]煤岩组合体峰前轴向裂纹演化与非线性模型[J]. 左建平,陈岩,宋洪强,魏旭. 岩土工程学报. 2017(09)
[9]Strength evolution and deformation behaviour of cemented paste backfill at early ages: Effect of curing stress, filling strategy and drainage[J]. Ghirian Alireza,Fall Mamadou. International Journal of Mining Science and Technology. 2016(05)
[10]不同煤岩组合体力学特性的数值模拟研究[J]. 付斌,周宗红,王友新,刘松,肖迎春. 南京理工大学学报. 2016(04)
博士论文
[1]高、低压下砂土剪切带及砂土—结构界面层力学行为演化研究[D]. 陆勇.中国矿业大学 2014
[2]充填体—围岩协调变形机制与沿空留巷技术研究[D]. 周保精.中国矿业大学 2012
[3]开采沉陷预计参数与角量参数综合分析的相似理论法研究[D]. 张文志.河南理工大学 2011
[4]湖西矿井深部煤岩组合体宏细观破坏试验与理论研究[D]. 郭东明.中国矿业大学（北京） 2010
硕士论文
[1]煤岩组合体动力破坏规律实验研究[D]. 陈光波.黑龙江科技大学 2016
[2]程潮铁矿充填法和崩落法联合开采方案及地表稳定性研究[D]. 裴明松.武汉科技大学 2016
[3]黄土—泥岩接触面滑坡滑带土变形特征研究[D]. 刘伟.兰州大学 2016
[4]钢—土接触面本构模型及其在钢护筒嵌岩桩基承载性状研究中的应用[D]. 卢孝志.重庆交通大学 2015
[5]金山店铁矿深部充填采场结构参数和采场回采顺序研究[D]. 周亮亮.武汉科技大学 2014
[6]水—力耦合作用下膨胀土—桩接触面力学特性研究[D]. 刘涛.武汉理工大学 2014
本文编号：2996523
【文章来源】：武汉科技大学湖北省
【文章页数】：172 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 研究背景和意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 胶结充填体受载破坏形式及其强度影响因素研究
1.2.2 胶结充填体与围岩相互作用力学模型研究
1.2.3 胶结充填体与围岩共同承载作用下变形特征研究
1.3 研究目标及技术路线
1.3.1 研究内容
1.3.2 研究目标
1.3.3 拟解决的关键科学问题
1.3.4 研究技术路线
第2章 接触带围岩变形特征
2.1 充填采场围岩地质情况调查
2.2 充填采场不同类型围岩变形破坏特征研究
2.2.1 完整围岩加载损伤破坏试验研究
2.2.2 含夹石围岩加载损伤破坏试验研究
2.2.3 含节理围岩加载损伤破坏试验研究
2.3 充填采场围岩损伤破坏定量表征研究
2.3.1 基于超声波监测的内部裂纹萌生
2.3.2 基于测厚仪监测的内部裂纹扩展
2.3.3 基于磁场理论的内部裂纹演化规律
2.4 本章小结
第3章 不同强度胶结充填体对围岩变形破坏影响分析
3.1 不同强度胶结充填体变形破坏特征
3.1.1 胶结充填体配比制样
3.1.2 胶结充填体单轴加载破坏裂纹扩展
3.1.3 胶结充填体破坏形式
3.1.4 胶结充填体的失稳破坏判据
3.2 基于蠕变能量加载法的胶结充填体能量积聚与释放响应分析
3.2.1 微元体破坏的能量积聚与释放响应动态调整假设
3.2.2 应力应变试验
3.2.3 噪音分贝能量测量试验
3.3 不同强度胶结充填体损伤本构模型构建
3.3.1 早期强度胶结充填体本构方程构建
3.3.2 后期强度胶结充填体本构方程构建
3.4 不同强度胶结充填体对围岩稳定性影响的相似模拟试验
3.4.1 早期强度胶结充填体对围岩稳定性影响的相似模拟试验
3.4.2 后期强度胶结充填体对围岩稳定性影响的相似模拟试验
3.5 不同强度胶结充填体对围岩稳定性影响的数值模拟
3.5.1 早期强度胶结充填体对围岩稳定性影响的数值模拟
3.5.2 后期强度胶结充填体对围岩稳定性影响的数值模拟
3.6 本章小结
第4章 充填体与围岩共同承载的复合体变形演化规律
4.1 充填体与顶板围岩共同承载作用试验
4.1.1 共同承载复合体加载试验
4.1.2 加载试验结果与分析
4.1.3 共同承载复合体数值模拟及结果分析
4.2 充填体与矿柱围岩共同承载作用试验
4.2.1 力学模型构建
4.2.2 充填体与矿柱围岩共同承载
4.3 不同荷载形式对充填体与围岩复合体变形规律影响
4.3.1 复合体轴向加载试验
4.3.2 复合体双轴加载剪切试验
4.3.3 复合体的类三轴加载试验
4.4 本章小结
第5章 基于程潮铁矿接触带稳定性的回采顺序优化
5.1 基于接触带稳定性的回采顺序优化
5.1.1 共同开采接触带力学模型
5.1.2 充填采矿法的方案选择
5.1.3 最优回采顺序确定
5.2 充填体与围岩共同承载的接触带围岩稳定性验证
5.2.1 接触带围岩稳定性数值模拟
5.2.2 接触带围岩稳定性相似模拟试验
5.2.3 现场监测
5.3 本章小结
第6章 结论与展望
6.1 结论
6.2 主要创新点
6.3 展望
参考文献
附录1 攻读博士学位期间取得的科研成果
附录2 攻读博士学位期间参加的科研项目
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]3-D discontinuum numerical modeling of subsidence incorporating ore extraction and backfilling operations in an underground iron mine in China[J]. Huang Gang,Kulatilake Pinnaduwa H.S.W.,Shreedharan Srisharan,Cai Sijing,Song Hongqing. International Journal of Mining Science and Technology. 2017(02)
[2]煤岩组合体破坏行为的能量非线性演化特征[J]. 陈岩,左建平,魏旭,宋洪强,孙运江. 地下空间与工程学报. 2017(01)
[3]深部煤岩组合体整体破坏的非线性模型研究[J]. 左建平,陈岩,孙运江,姜广辉,王金涛. 矿业科学学报. 2017(01)
[4]初始温度条件下全尾胶结膏体损伤本构模型[J]. 王勇,吴爱祥,王洪江,王贻明,崔亮,靳斐,周勃,沈家华. 工程科学学报. 2017(01)
[5]A roof model and its application in solid backfilling mining[J]. Ju Feng,Huang Peng,Guo Shuai,Xiao Meng,Lan Lixin. International Journal of Mining Science and Technology. 2017(01)
[6]不同围压作用下煤-岩组合体破坏行为及强度特征[J]. 左建平,陈岩,张俊文,王金涛,孙运江,姜广辉. 煤炭学报. 2016(11)
[7]连续级配废石胶结充填体强度及变形特性试验研究[J]. 吴疆宇,冯梅梅,郁邦永,陈占清,茅献彪,韩观胜. 岩土力学. 2017(01)
[8]煤岩组合体峰前轴向裂纹演化与非线性模型[J]. 左建平,陈岩,宋洪强,魏旭. 岩土工程学报. 2017(09)
[9]Strength evolution and deformation behaviour of cemented paste backfill at early ages: Effect of curing stress, filling strategy and drainage[J]. Ghirian Alireza,Fall Mamadou. International Journal of Mining Science and Technology. 2016(05)
[10]不同煤岩组合体力学特性的数值模拟研究[J]. 付斌,周宗红,王友新,刘松,肖迎春. 南京理工大学学报. 2016(04)
博士论文
[1]高、低压下砂土剪切带及砂土—结构界面层力学行为演化研究[D]. 陆勇.中国矿业大学 2014
[2]充填体—围岩协调变形机制与沿空留巷技术研究[D]. 周保精.中国矿业大学 2012
[3]开采沉陷预计参数与角量参数综合分析的相似理论法研究[D]. 张文志.河南理工大学 2011
[4]湖西矿井深部煤岩组合体宏细观破坏试验与理论研究[D]. 郭东明.中国矿业大学（北京） 2010
硕士论文
[1]煤岩组合体动力破坏规律实验研究[D]. 陈光波.黑龙江科技大学 2016
[2]程潮铁矿充填法和崩落法联合开采方案及地表稳定性研究[D]. 裴明松.武汉科技大学 2016
[3]黄土—泥岩接触面滑坡滑带土变形特征研究[D]. 刘伟.兰州大学 2016
[4]钢—土接触面本构模型及其在钢护筒嵌岩桩基承载性状研究中的应用[D]. 卢孝志.重庆交通大学 2015
[5]金山店铁矿深部充填采场结构参数和采场回采顺序研究[D]. 周亮亮.武汉科技大学 2014
[6]水—力耦合作用下膨胀土—桩接触面力学特性研究[D]. 刘涛.武汉理工大学 2014
本文编号：2996523
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