采动作用下深部巷道损伤机理及范围的研究
发布时间：2022-09-17 21:44
随着地下开采不断向深度发展,较高的初始地应力和爆破动力叠加产生了较高的应力环境,在这种环境下出现了围岩压力加剧、岩爆频发、工程频繁失稳、围岩分区破裂的问题。同时,巷道作为地下工程的重要组成部分,其安全稳定在矿山生产中至关重要。在这一背景下,如何进行地下巷道的损伤范围控制,如何对巷道进行合理科学的支护成为地下工程研究的重要课题,本文以福建省紫金山金铜矿为例,采用理论分析、数值模拟和室外试验的方法对深部巷道在爆破影响下的损伤机理及影响范围进行研究,主要研究内容及成果如下:在理论研究方面,首先对当前的损伤理论成果进行分析,选取了KUS损伤理论模型作为基本损伤模型;对高应力下岩体的断裂损伤演化机理进行了研究,获得了损伤的裂纹分布理论模型;对裂纹在爆破荷载和地应力形成的动静耦合环境中的断裂机理进行了研究,提出了裂纹断裂的广义模型;通过流体力学原理和断裂力学原理分别研究了岩体爆破的应力分布情况和振动速度与应力的关系模型;以岩体的声速判据为基础获得了岩体的损伤阈值,获得了巷道的损伤范围计算模型并最终确定了发生损伤的临界爆破荷载和临界振动速度。在数值模拟方面,按照与生产现场]:1的比例建立了地下采场爆...
【文章页数】：113 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
中文摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景和意义
1.2 研究现状
1.2.1 深部定义的研究现状
1.2.2 岩体损伤定义的研究现状
1.2.2.1 按照岩体承载面积定义
1.2.2.2 按照岩体弹性模量定义
1.2.2.3 损伤的演化方程
1.2.3 岩石爆破机理的研究现状
1.2.3.1 弹性理论模型
1.2.3.2 断裂理论模型
1.2.3.3 损伤理论模型
1.2.4 爆破损伤安全判据的研究现状
1.2.4.1 声波速度变化判据
1.2.4.2 质点振动速度判据
1.2.4.3 萨道夫斯基安全判据
1.2.5 深部岩体爆破的研究现状
1.2.5.1 理论研究方面
1.2.5.2 现场试验方面
1.2.5.3 数值模拟方面
1.3 研究内容和技术路线
1.3.1 研究内容和目标
1.3.2 拟解决问题
1.3.3 研究路线
1.3.3.1 理论研究方面
1.3.3.2 现场试验方面
1.3.3.3 数值模拟方面
1.4 创新点
第二章 爆破作用下深部岩体的断裂损伤机制
2.1 引言
2.2 岩体的断裂损伤演化机理
2.3 岩体断裂机理研究
2.3.1 耦合应力强度因子的计算
2.3.2 拉剪型断裂
2.3.2.1 拉剪断裂分析
2.3.2.2 拉剪型扩展分析
2.3.3 压剪型断裂
2.3.3.1 压剪断裂分析
2.3.3.2 压剪型扩展分析
2.4 本章小结
第三章 深部巷道损伤范围的研究
3.1 引言
3.2 损伤阈值的确定
3.3 临界裂纹平均半径的确定
3.3.1 矿山地质情况和爆破参数
3.3.2 临界裂纹平均半径的计算
3.4 岩体爆破的动力响应规律
3.4.1 爆破应力分布规律
3.4.2 振动速度与爆破应力关系模型
3.5 损伤范围的计算模型
3.6 损伤范围的确定
3.7 损伤的振动速度判据
3.8 本章小结
第四章 采场爆破的现场监测和数值模拟
4.1 爆破振动的现场监测
4.1.1 测试原理及测试仪器选择
4.1.1.1 振动测试原理
4.1.1.2 测试仪器选择
4.1.2 矿山地下开采方案
4.1.3 监测方法及测量结果
4.2 采场爆破的数值模拟
4.2.1 基本算法原理
4.2.1.1 坐标描述
4.2.1.2 质量方程
4.2.1.3 动量方程
4.2.1.4 能量方程
4.2.1.5 边界条件
4.2.2 本构模型选取及设定
4.2.2.1 基本算法的选取
4.2.2.2 岩体模型
4.2.2.3 炸药模型
4.2.2.4 边界条件
4.2.3 计算模型建立
4.2.3.1 几何模型
4.2.3.2 网格划分
4.2.3.3 监测点设定
4.2.4 模拟合理性评估
4.2.4.1 模拟结果与理论计算对比
4.2.4.2 模拟结果与现场监测对比
4.2.5 模拟结果分析
4.2.5.1 围岩损伤范围
4.2.5.2 巷道轮廓面的应力分布情况
4.2.5.3 巷道损伤范围
4.2.5.4 振动与应力的关系模型
4.2.5.5 损伤的振动速度判据
4.3 本章小结
第五章 爆破荷载下的巷道模型试验
5.1 引言
5.2 模型试验设计原理
5.2.1 相似基本原理
5.2.1.1 相似第一定理
5.2.1.2 相似第二定律
5.2.1.3 相似第三定律
5.2.2 爆破相似参数
5.2.2.1 几何参数相似
5.2.2.2 材料参数相似
5.2.2.3 动力参数相似
5.3 试验监测系统
5.3.1 试验仪器选择
5.3.2 应力检测原理
5.3.3 应力分析原理
5.4 模型试验方案设计
5.4.1 模型尺寸及巷道设置
5.4.2 测试点布置
5.5 模型制作
5.5.1 应变砖制作
5.5.2 巷道模型制作
5.5.3 混凝土模型浇筑
5.6 试验结果分析
5.6.1 振动与应力关系模型
5.6.2 损伤范围计算模型的验证
5.6.3 巷道围岩应力分布
5.7 本章小结
第六章 结论与展望
6.1 结论
6.2 展望
参考文献
致谢
个人简介
在读期间已发表和录用的论文
在读期间参与的科研项目
【参考文献】：
期刊论文
[1]共线双裂纹应力强度因子计算方法[J]. 陈景杰,范新帅,黄一. 华中科技大学学报(自然科学版). 2017(04)
[2]加卸载条件下石英岩蠕变–渗流耦合规律试验研究[J]. 江宗斌,姜谙男,李宏,王善勇. 岩土工程学报. 2017(10)
[3]《爆破安全规程》（GB 6722—2014）已发布[J]. 宋文峰,何平成. 工程爆破. 2015(01)
[4]爆破作用下冻结岩壁损伤评价的模型试验研究[J]. 单仁亮,宋立伟,白瑶,宋永威,李仲力,魏龙飞,曹建洋. 岩石力学与工程学报. 2014(10)
[5]地应力影响下隧洞边墙的爆破振动安全[J]. 朱俊,杨建华,卢文波,陈明,严鹏. 爆炸与冲击. 2014(02)
[6]孔间不同毫秒延时对爆破振动影响的数值模拟[J]. 李顺波,杨军. 煤炭学报. 2013(S2)
[7]复式楔形深孔掏槽爆破研究[J]. 杨国梁,姜琳琳,杨仁树. 中国矿业大学学报. 2013(05)
[8]不同地应力条件下双孔爆破的数值模拟[J]. 白羽,朱万成,魏晨慧,魏炯. 岩土力学. 2013(S1)
[9]初始压应力场对爆生裂纹行为演化效应的实验研究[J]. 杨立云,杨仁树,许鹏,宋永威. 煤炭学报. 2013(03)
[10]渗透水压作用下类岩石材料张开型裂纹启裂特性研究[J]. 李夕兵,贺显群,陈红江. 岩石力学与工程学报. 2012(07)
博士论文
[1]煤矿爆破地震效应对巷道稳定性影响及控制研究[D]. 汪海波.安徽理工大学 2013
[2]爆炸荷载作用下岩体损伤特征及安全阈值研究[D]. 夏祥.中国科学院研究生院（武汉岩土力学研究所） 2006
硕士论文
[1]动静载荷耦合作用下的巷道围岩损伤特征研究[D]. 潘城.安徽理工大学 2016
[2]高应力岩体爆破作用效果的数值模拟[D]. 李莹.东北大学 2013
[3]高应力巷道围岩损伤研究[D]. 许爱平.武汉理工大学 2013
[4]云南某露天矿东采区边坡岩体力学参数取值研究[D]. 杨泽.昆明理工大学 2010
[5]爆破荷载下隧道围岩的损伤分析[D]. 刘礼标.重庆交通大学 2009
[6]爆炸载荷作用下裂隙岩体的损伤特性研究[D]. 庄新炉.安徽理工大学 2005
本文编号：3679992
【文章页数】：113 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
中文摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景和意义
1.2 研究现状
1.2.1 深部定义的研究现状
1.2.2 岩体损伤定义的研究现状
1.2.2.1 按照岩体承载面积定义
1.2.2.2 按照岩体弹性模量定义
1.2.2.3 损伤的演化方程
1.2.3 岩石爆破机理的研究现状
1.2.3.1 弹性理论模型
1.2.3.2 断裂理论模型
1.2.3.3 损伤理论模型
1.2.4 爆破损伤安全判据的研究现状
1.2.4.1 声波速度变化判据
1.2.4.2 质点振动速度判据
1.2.4.3 萨道夫斯基安全判据
1.2.5 深部岩体爆破的研究现状
1.2.5.1 理论研究方面
1.2.5.2 现场试验方面
1.2.5.3 数值模拟方面
1.3 研究内容和技术路线
1.3.1 研究内容和目标
1.3.2 拟解决问题
1.3.3 研究路线
1.3.3.1 理论研究方面
1.3.3.2 现场试验方面
1.3.3.3 数值模拟方面
1.4 创新点
第二章 爆破作用下深部岩体的断裂损伤机制
2.1 引言
2.2 岩体的断裂损伤演化机理
2.3 岩体断裂机理研究
2.3.1 耦合应力强度因子的计算
2.3.2 拉剪型断裂
2.3.2.1 拉剪断裂分析
2.3.2.2 拉剪型扩展分析
2.3.3 压剪型断裂
2.3.3.1 压剪断裂分析
2.3.3.2 压剪型扩展分析
2.4 本章小结
第三章 深部巷道损伤范围的研究
3.1 引言
3.2 损伤阈值的确定
3.3 临界裂纹平均半径的确定
3.3.1 矿山地质情况和爆破参数
3.3.2 临界裂纹平均半径的计算
3.4 岩体爆破的动力响应规律
3.4.1 爆破应力分布规律
3.4.2 振动速度与爆破应力关系模型
3.5 损伤范围的计算模型
3.6 损伤范围的确定
3.7 损伤的振动速度判据
3.8 本章小结
第四章 采场爆破的现场监测和数值模拟
4.1 爆破振动的现场监测
4.1.1 测试原理及测试仪器选择
4.1.1.1 振动测试原理
4.1.1.2 测试仪器选择
4.1.2 矿山地下开采方案
4.1.3 监测方法及测量结果
4.2 采场爆破的数值模拟
4.2.1 基本算法原理
4.2.1.1 坐标描述
4.2.1.2 质量方程
4.2.1.3 动量方程
4.2.1.4 能量方程
4.2.1.5 边界条件
4.2.2 本构模型选取及设定
4.2.2.1 基本算法的选取
4.2.2.2 岩体模型
4.2.2.3 炸药模型
4.2.2.4 边界条件
4.2.3 计算模型建立
4.2.3.1 几何模型
4.2.3.2 网格划分
4.2.3.3 监测点设定
4.2.4 模拟合理性评估
4.2.4.1 模拟结果与理论计算对比
4.2.4.2 模拟结果与现场监测对比
4.2.5 模拟结果分析
4.2.5.1 围岩损伤范围
4.2.5.2 巷道轮廓面的应力分布情况
4.2.5.3 巷道损伤范围
4.2.5.4 振动与应力的关系模型
4.2.5.5 损伤的振动速度判据
4.3 本章小结
第五章 爆破荷载下的巷道模型试验
5.1 引言
5.2 模型试验设计原理
5.2.1 相似基本原理
5.2.1.1 相似第一定理
5.2.1.2 相似第二定律
5.2.1.3 相似第三定律
5.2.2 爆破相似参数
5.2.2.1 几何参数相似
5.2.2.2 材料参数相似
5.2.2.3 动力参数相似
5.3 试验监测系统
5.3.1 试验仪器选择
5.3.2 应力检测原理
5.3.3 应力分析原理
5.4 模型试验方案设计
5.4.1 模型尺寸及巷道设置
5.4.2 测试点布置
5.5 模型制作
5.5.1 应变砖制作
5.5.2 巷道模型制作
5.5.3 混凝土模型浇筑
5.6 试验结果分析
5.6.1 振动与应力关系模型
5.6.2 损伤范围计算模型的验证
5.6.3 巷道围岩应力分布
5.7 本章小结
第六章 结论与展望
6.1 结论
6.2 展望
参考文献
致谢
个人简介
在读期间已发表和录用的论文
在读期间参与的科研项目
【参考文献】：
期刊论文
[1]共线双裂纹应力强度因子计算方法[J]. 陈景杰,范新帅,黄一. 华中科技大学学报(自然科学版). 2017(04)
[2]加卸载条件下石英岩蠕变–渗流耦合规律试验研究[J]. 江宗斌,姜谙男,李宏,王善勇. 岩土工程学报. 2017(10)
[3]《爆破安全规程》（GB 6722—2014）已发布[J]. 宋文峰,何平成. 工程爆破. 2015(01)
[4]爆破作用下冻结岩壁损伤评价的模型试验研究[J]. 单仁亮,宋立伟,白瑶,宋永威,李仲力,魏龙飞,曹建洋. 岩石力学与工程学报. 2014(10)
[5]地应力影响下隧洞边墙的爆破振动安全[J]. 朱俊,杨建华,卢文波,陈明,严鹏. 爆炸与冲击. 2014(02)
[6]孔间不同毫秒延时对爆破振动影响的数值模拟[J]. 李顺波,杨军. 煤炭学报. 2013(S2)
[7]复式楔形深孔掏槽爆破研究[J]. 杨国梁,姜琳琳,杨仁树. 中国矿业大学学报. 2013(05)
[8]不同地应力条件下双孔爆破的数值模拟[J]. 白羽,朱万成,魏晨慧,魏炯. 岩土力学. 2013(S1)
[9]初始压应力场对爆生裂纹行为演化效应的实验研究[J]. 杨立云,杨仁树,许鹏,宋永威. 煤炭学报. 2013(03)
[10]渗透水压作用下类岩石材料张开型裂纹启裂特性研究[J]. 李夕兵,贺显群,陈红江. 岩石力学与工程学报. 2012(07)
博士论文
[1]煤矿爆破地震效应对巷道稳定性影响及控制研究[D]. 汪海波.安徽理工大学 2013
[2]爆炸荷载作用下岩体损伤特征及安全阈值研究[D]. 夏祥.中国科学院研究生院（武汉岩土力学研究所） 2006
硕士论文
[1]动静载荷耦合作用下的巷道围岩损伤特征研究[D]. 潘城.安徽理工大学 2016
[2]高应力岩体爆破作用效果的数值模拟[D]. 李莹.东北大学 2013
[3]高应力巷道围岩损伤研究[D]. 许爱平.武汉理工大学 2013
[4]云南某露天矿东采区边坡岩体力学参数取值研究[D]. 杨泽.昆明理工大学 2010
[5]爆破荷载下隧道围岩的损伤分析[D]. 刘礼标.重庆交通大学 2009
[6]爆炸载荷作用下裂隙岩体的损伤特性研究[D]. 庄新炉.安徽理工大学 2005
本文编号：3679992
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