矩形巷道围岩应力弹性解与塑性区宽度研究

发布时间：2017-08-21 20:50

  本文关键词：矩形巷道围岩应力弹性解与塑性区宽度研究

  更多相关文章： 矩形巷道 复变函数 重力平衡 围岩应力 塑性区

【摘要】：地下空间围岩的应力分布问题是采矿领域及相关地下工程领域的重要研究课题,与地下空间及相关承载结构的稳定性密切相关。作为井下煤炭、物料等运输的重要通道,巷道及其支护结构的稳定性对矿井安全高效生产具有重要意义。本文综合运用数值模拟、理论分析方法,结合鑫瑞煤业实际生产技术条件研究了矩形巷道围岩应力及塑性区分布问题,取得了以下主要创新成果:1)基于复变函数解法求解了ζ平面下任意水平与垂直均布载荷作用下无限大弹性体中矩形地下空间围岩任意点应力分量??、??、???通解,系统地提出了由?平面至z平面的应力分量变换公式,分析了侧压系数为1时埋深300m宽高比分别为1.0:1、1.3:1、1.6:1、2.0:1、3.0:1、5.0:1的矩形巷道垂直应力、水平应力、切应力在顶底板水平及巷道几何中心所在水平的变化规律,以上结果得到了ABAQUS数值计算结果的验证;2)通过假设,建立了矩形巷道围岩应力弹性解与弹塑性条件下巷道深部围岩应力分布之间的关系,结合重力平衡方程以及塑性区内应力演化规律的线性假设构建了巷道围岩应力及塑性区宽度计算模型,分析了塑性区宽度与应力集中系数以及煤壁承载能力(与残余强度密切相关)间的关系。应用该模型计算了不同围岩强度下鑫瑞煤业5号煤层巷道围岩塑性区宽度,并与FLAC3D数值计算结果进行了对比,分析了误差产生的原因;3)数值模拟结果表明,在几何中心所在水平,随着煤体强度的降低,垂直应力分布曲线的初始值,即巷道煤壁的承载能力,逐步降低,然而垂直应力峰值的大小却随之增加,峰值位置向深部围岩转移,及塑性区宽度增大;在巷道顶底板水平,随着煤体强度的降低,巷道煤壁的承载能力逐步下降,垂直应力峰值大小也逐步下降,峰值位置向深部围岩转移,塑性区宽度增大。此外,随着巷道围岩强度的降低,掘进工作面对其前后及两侧围岩应力的影响程度与范围增加。
【关键词】：矩形巷道 复变函数 重力平衡 围岩应力 塑性区
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TD353
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-16
• 变量注释表16-17
• 1 绪论17-26
• 1.1 研究背景与意义17
• 1.2 文献综述17-24
• 1.3 主要研究内容与方法24-26
• 2 矩形巷道围岩应力分布弹性解答26-43
• 2.1 复变函数解法求解孔口问题的一般步骤26-27
• 2.2 矩形采掘空间围岩应力分量表达式的求解27-34
• 2.3 矩形地下空间围岩应力分布规律34-38
• 2.4 理论计算结果的验证38-42
• 2.5 本章小结42-43
• 3 巷道围岩塑性区宽度理论研究43-53
• 3.1 巷道围岩弹性区应力衰减规律演化方法43-49
• 3.2 采掘空间围岩塑性区宽度的确定49-51
• 3.4 本章小结51-53
• 4 鑫瑞煤业巷道围岩塑性区宽度数值模拟研究53-59
• 4.1 生产地质条件概况53
• 4.2 数值计算模型53-55
• 4.3 数值计算与理论计算结果对比55-58
• 4.4 本章小结58-59
• 5 不同围岩强度下掘进工作面应力分布特征59-73
• 5.1 数值计算模型59-60
• 5.2 掘进工作面围岩应力分布60-70
• 5.3 掘进工作面围岩塑性区分布70-71
• 5.4 本章小结71-73
• 6 结论73-75
• 参考文献75-79
• 附录 179-80
• 作者简历80-82
• 学位论文数据集82

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本文编号：715060