爆破动载作用下玻璃钢锚杆力学响应特征研究

发布时间：2017-09-01 09:28

  本文关键词：爆破动载作用下玻璃钢锚杆力学响应特征研究

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【摘要】：金属矿床地下开采中受矿岩物理性质、回采工艺、采动地压、爆破冲击及震动等复杂条件影响,玻璃钢锚杆容易受到破坏而失效,尤其在爆破动载作用下玻璃钢锚杆损伤破坏较大,对金属矿山地下开采中采用玻璃钢锚杆支护时的安全可靠性带来较大影响,因此研究爆破动载作用下玻璃钢锚杆的力学响应特征和累积损伤效应对地下矿山的安全支护具有重要的工程意义。通过对金山店铁矿东区矿岩赋存条件及支护现状进行现场调研,并进行玻璃钢锚杆抗拉、抗剪、抗弯等力学性能试验,根据金山店铁矿实际生产情况,设计爆破振动监测方案,并对监测数据进行回归统计,得出能反映爆破地震波衰减规律的场地系数和衰减指数。基于Kelvin解对玻璃钢锚杆锚固段应力、应变进行了理论分析;根据裂纹扩展理论,建立了锚杆累积损伤计算模型,对金山店东区巷道支护玻璃钢锚杆进行爆破累积损伤计算。研究表明:爆破动载对玻璃钢锚杆的轴向应力、剪切应力、轴向应变的影响主要集中在锚固段的前端;多次爆破作用下玻璃钢锚杆产生一定的损伤,损伤度随着爆破次数的增加而增大。采用FLAC~(3D)动力分析模块与结构单元的可选模块cable相耦合,建立玻璃钢锚杆支护巷道模型,分别研究了单次和多次爆破荷载作用下玻璃钢锚杆的动态响应特征。研究表明:不同安装角的玻璃钢锚杆对爆破荷载的力学响应不同;在多次爆破荷载作用下玻璃钢锚杆产生累积损伤效应,锚杆轴力随着爆破荷载次数的增加缓慢叠加增大。通过上述研究内容和结果,综合分析了爆破动荷载对玻璃钢锚杆的影响,为优化玻璃钢锚杆支护设计参数及爆破参数,改善玻璃钢锚杆支护效果提供理论依据。对其他矿山的类似问题也有一定借鉴意义。
【关键词】：玻璃钢锚杆 爆破振动监测 力学响应 累积损伤 数值模拟
【学位授予单位】：武汉科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD353.6
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 选题依据及研究意义10
• 1.2 国内外研究现状10-16
• 1.2.1 玻璃钢锚杆研究现状10-12
• 1.2.2 国内外爆破地震波传播规律12-13
• 1.2.3 爆破震动效应理论研究的发展13-14
• 1.2.4 支护结构动态响应研究现状14-16
• 1.3 本文研究内容和研究方法16
• 1.4 本文研究技术路线16-18
• 第2章 矿山地质及支护现状18-27
• 2.1 矿区地质18
• 2.2 支护现状调查分析18-20
• 2.3 非金属锚杆的选择20-22
• 2.3.1 玻璃钢锚杆的结构20-21
• 2.3.2 玻璃钢锚杆的基本类型21
• 2.3.3 玻璃钢锚杆的主要性能21-22
• 2.4 玻璃钢锚杆力学性能试验22-25
• 2.4.1 玻璃钢杆体抗拉强度试验22-23
• 2.4.2 玻璃钢杆体抗剪试验23-24
• 2.4.3 玻璃钢杆体抗弯能力试验24-25
• 2.5 本章小结25-27
• 第3章 金山店铁矿爆破振动监测27-39
• 3.1 爆破地震波理论27-30
• 3.1.1 爆破地震波概述27
• 3.1.2 爆破地震波的分类27-28
• 3.1.3 爆破地震波的传播速度28-29
• 3.1.4 爆破振动安全判据29-30
• 3.2 金山店铁矿东区爆破振动监测方案设计30-35
• 3.2.1 爆破振动监测原理30
• 3.2.2 监测系统30-33
• 3.2.3 监测点布置33-34
• 3.2.4 监测数据统计34-35
• 3.3 爆破振动监测数据分析35-38
• 3.4 本章小结38-39
• 第4章 爆破作用下玻璃钢锚杆的受力特征39-51
• 4.1 玻璃钢锚杆应力、应变理论分析39-45
• 4.1.1 锚固段应力、应变分布弹性分析39-42
• 4.1.2 计算结果与分析42-44
• 4.1.3 爆破参数对锚固段应力、应变的影响44-45
• 4.2 玻璃钢锚杆累积损伤效应45-49
• 4.2.1 损伤变量的界定45-46
• 4.2.2 基于裂纹扩展理论的锚杆累积损伤计算模型46-47
• 4.2.3 计算结果与分析47-49
• 4.3 本章小结49-51
• 第5章 爆破动载作用下玻璃钢锚杆动态响应数值分析51-66
• 5.1 概述51-54
• 5.1.1 FLAC~(3D)动力分析简介51
• 5.1.2 FLAC~(3D)动力计算采用的本构模型51
• 5.1.3 动力时间步51-52
• 5.1.4 动态多步52
• 5.1.5 动力荷载输入和边界条件52-53
• 5.1.6 力学阻尼53
• 5.1.7 网格尺寸要求53-54
• 5.2 玻璃钢锚杆动态数值模拟方案的确定54-58
• 5.2.1 玻璃钢锚杆支护巷道模型的建立54
• 5.2.2 模型边界条件的确定54-55
• 5.2.3 模型计算参数的确定55
• 5.2.4 阻尼参数的确定55
• 5.2.5 爆破动荷载输入55-57
• 5.2.6 监测点的布置57
• 5.2.7 动力计算方案57-58
• 5.3 单次爆破荷载作用下计算结果分析58-63
• 5.3.1 应力分析58-59
• 5.3.2 位移分析59-60
• 5.3.3 塑性区分析60-61
• 5.3.4 锚杆受力分析61-63
• 5.4 多次爆破荷载作用下计算结果分析63-64
• 5.5 本章小结64-66
• 第6章 结论与展望66-68
• 6.1 结论66-67
• 6.2 展望67-68
• 致谢68-69
• 参考文献69-74
• 附录1 攻读硕士学位期间发表的论文及专利74-75
• 附录2 攻读硕士学位期间参加的科研项目75

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本文编号：771277