基于FDM的地下开采诱发岩层力学行为动态模拟方法研究
发布时间：2022-08-11 13:28
煤矿地下开采引起的岩层移动和地表沉陷易导致严重的地质、生态环境问题。为减少、控制地下开采造成的灾害与损失,亟需研究地下开采引起的岩层变形、移动与破坏等力学行为发展演变规律。地下开采中岩体受到剧烈扰动,动态地出现开裂、离层与冒落等破坏现象。受扰动岩体具有动态演变的分带特征,其力学参数也会发生不同程度的动态改变。现有的地下开采数值模拟方法较少考虑受扰动岩体的力学参数动态调整,并且人为设置受扰动岩体分带界限、离层发育位置,从而导致模拟计算结果偏离实际。为此,本文研究了受扰动岩体力学参数自适应方法、动态分带模拟方法以及离层动态模拟方法,形成了基于FDM的地下开采诱发岩层力学行为动态模拟方法,并将该方法应用于泰西煤矿地下开采模拟中。本文取得如下成果:（1）提出并实现了地下开采模拟中上覆受扰动岩体力学参数自适应方法。引入岩体全应力-应变曲线来描述地下开采中上覆受扰动岩体强度劣化的过程,建立了岩体塑性应变与力学参数变化的关系,实现了在地下开采模拟中根据受扰动岩体塑性应变调整其力学参数。（2）提出并实现了地下开采上覆受扰动岩层动态分带模拟方法。根据上覆受扰动岩体变形破坏程度及其所处位置,建立了上覆受扰...
【文章页数】：144 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
中文摘要
Abstract
1 引言
1.1 选题背景及选题意义
1.2 国内外研究现状及存在的问题
1.2.1 煤矿地下开采诱发岩层力学行为研究现状
1.2.2 煤矿地下开采上覆受扰动岩体分带模拟研究现状
1.2.3 煤矿地下开采离层模拟研究现状
1.2.4 存在的问题
1.3 本文主要研究内容及创新点
1.3.1 本文主要研究内容
1.3.2 技术路线
1.3.3 创新点
2 煤矿地下开采诱发岩层力学行为特征
2.1 上覆受扰动岩层力学行为规律
2.2 上覆受扰动岩层的动态分带特征
2.3 本章小结
3 受扰动岩体力学参数自适应方法
3.1 受扰动岩体力学参数自适应方法概述
3.2 岩体全应力-应变曲线特征
3.2.1 岩体全应力-应变曲线一般特征
3.2.2 围压对岩体变形特征的影响
3.3 建立简化的岩体全应力-应变关系曲线
3.4 受扰动岩体力学参数自适应方法
3.4.1 强度参数自适应
3.4.2 变形参数自适应
3.5 本章小结
4 受扰动岩体动态分带模拟方法
4.1 受扰动岩体动态分带模拟方法概述
4.2 地下开采诱发“四带”形成机理及发育特征
4.2.1 “四带”形成机理
4.2.2 “四带”动态发育特征
4.3 建立受扰动岩体分带准则
4.4 基于FDM的地下开采动态分带模拟方法
4.4.1 地下开采动态分带模拟算法
4.4.2 程序实现
4.5 本章小结
5 离层动态模拟方法
5.1 离层动态模拟方法概述
5.2 离层形成机理及发育特征
5.2.1 离层形成机理
5.2.2 离层动态发育特征
5.3 建立离层判别准则
5.4 基于FDM的地下开采离层动态模拟方法
5.4.1 地下开采离层模拟算法
5.4.2 程序实现
5.5 本章小结
6 工程实例
6.1 研究区自然地理概况
6.2 研究区地质概况
6.2.1 地层
6.2.2 煤层
6.2.3 含水层及隔水层
6.3 开采方式及过程
6.4 三维计算模型
6.4.1 模型范围
6.4.2 边界条件
6.4.3 本构模型与屈服准则
6.5 受扰动岩体力学参数自适应
6.5.1 建立简化的岩体全应力-应变关系曲线
6.5.2 受扰动岩体力学参数自适应
6.6 受扰动岩体动态分带模拟
6.6.1 受扰动岩体动态分带模拟过程
6.6.2 开采过程中煤层顶板周期性冒落
6.6.3 开采过程中“四带”动态发育规律
6.6.4 地表移动规律
6.6.5 危险性评价
6.6.6 讨论
6.7 离层动态模拟
6.7.1 离层动态模拟过程
6.7.2 开采过程中离层动态发育规律
6.7.3 地表移动规律
6.7.4 讨论
6.8 本章小结
7 结论与展望
7.1 结论
7.2 展望
致谢
参考文献
附录
本文编号：3674743
【文章页数】：144 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
中文摘要
Abstract
1 引言
1.1 选题背景及选题意义
1.2 国内外研究现状及存在的问题
1.2.1 煤矿地下开采诱发岩层力学行为研究现状
1.2.2 煤矿地下开采上覆受扰动岩体分带模拟研究现状
1.2.3 煤矿地下开采离层模拟研究现状
1.2.4 存在的问题
1.3 本文主要研究内容及创新点
1.3.1 本文主要研究内容
1.3.2 技术路线
1.3.3 创新点
2 煤矿地下开采诱发岩层力学行为特征
2.1 上覆受扰动岩层力学行为规律
2.2 上覆受扰动岩层的动态分带特征
2.3 本章小结
3 受扰动岩体力学参数自适应方法
3.1 受扰动岩体力学参数自适应方法概述
3.2 岩体全应力-应变曲线特征
3.2.1 岩体全应力-应变曲线一般特征
3.2.2 围压对岩体变形特征的影响
3.3 建立简化的岩体全应力-应变关系曲线
3.4 受扰动岩体力学参数自适应方法
3.4.1 强度参数自适应
3.4.2 变形参数自适应
3.5 本章小结
4 受扰动岩体动态分带模拟方法
4.1 受扰动岩体动态分带模拟方法概述
4.2 地下开采诱发“四带”形成机理及发育特征
4.2.1 “四带”形成机理
4.2.2 “四带”动态发育特征
4.3 建立受扰动岩体分带准则
4.4 基于FDM的地下开采动态分带模拟方法
4.4.1 地下开采动态分带模拟算法
4.4.2 程序实现
4.5 本章小结
5 离层动态模拟方法
5.1 离层动态模拟方法概述
5.2 离层形成机理及发育特征
5.2.1 离层形成机理
5.2.2 离层动态发育特征
5.3 建立离层判别准则
5.4 基于FDM的地下开采离层动态模拟方法
5.4.1 地下开采离层模拟算法
5.4.2 程序实现
5.5 本章小结
6 工程实例
6.1 研究区自然地理概况
6.2 研究区地质概况
6.2.1 地层
6.2.2 煤层
6.2.3 含水层及隔水层
6.3 开采方式及过程
6.4 三维计算模型
6.4.1 模型范围
6.4.2 边界条件
6.4.3 本构模型与屈服准则
6.5 受扰动岩体力学参数自适应
6.5.1 建立简化的岩体全应力-应变关系曲线
6.5.2 受扰动岩体力学参数自适应
6.6 受扰动岩体动态分带模拟
6.6.1 受扰动岩体动态分带模拟过程
6.6.2 开采过程中煤层顶板周期性冒落
6.6.3 开采过程中“四带”动态发育规律
6.6.4 地表移动规律
6.6.5 危险性评价
6.6.6 讨论
6.7 离层动态模拟
6.7.1 离层动态模拟过程
6.7.2 开采过程中离层动态发育规律
6.7.3 地表移动规律
6.7.4 讨论
6.8 本章小结
7 结论与展望
7.1 结论
7.2 展望
致谢
参考文献
附录
本文编号：3674743
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/kuangye/3674743.html
