残采期抚顺西露天矿边坡动力响应研究

论文摘要

经过近60年的开采,抚顺西露天矿已进入残采期。抚顺西露天矿已经形成一个深度为400m的大坑,矿坑内大小断层、褶皱、弱层等地质构造以及不同时期沉积形成的、含泥质成分的岩石均被揭露出来,同时地采在边帮下形成众多洞室、采空区。由于西露天矿深度大,边帮和底部岩层水平应力减小或消失,导致垂向应力与水平应力之差增加。浑河常年积水,导致西露天矿北边帮不断有水的渗出。特别是龙凤、胜利和老虎台矿三个地采矿井的矿震,频度大,震级相对较高,震源浅,形成循环加载导致岩层疲劳和基底振动的动力环境。论文采用光学测试、理论分析和数值模拟相结合的研究方法,取得了如下主要成果:(1)对动力作用下的岩石试件进行动力特性试验,揭示岩石试件在循环动力荷载长期作用下的变形、破坏特征。疲劳实验的上限应力、周期载荷的幅值、加载的频率、波形等均影响岩石疲劳破坏过程;上限应力相同时,幅值越大,越容易破坏;幅值相同时,上限应力越大,越容易破坏;上限应力和幅值均有一个临界值,循环加载时需超过此临界,否则加载将不引起变形的振荡,不能形成疲劳破坏;循环载荷的频率越高,越容易破坏;岩石试件疲劳破坏曲线受静态加载曲线控制,即一种岩石的疲劳破坏应力应变曲线应位于同种岩石的静态加载应力应变曲线之内,将发生疲劳破坏。(2)利用改进的西原模型,建立可描述三阶段的蠕变模型,对边坡不同坡角下的外力出现的稳定、非稳定蠕变过程进行了分析,指出模型塑性参数为负值时,系统出现蠕变失稳,此时蠕变加速度大于零。(3)研究边坡动力响应时,对不同的控制变量如初始条件,激励频率,激励振幅的强弱,采用不同的分析方法。对边坡非线性动力系统,在滑体固有频率附近,基岩振动频率及振幅的变化会诱发滑体的

论文目录

• 创造性成果声明
• 摘 要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 残采期矿山灾害的基本情况
• 1.2 残采期矿山的动力灾害问题
• 1.2.1 残采期的矿山结构特征
• 1.2.2 残采期的矿山动力环境
• 1.3 岩石动态力学的研究现状
• 1.3.1 岩石动态力学性质与本构关系研究
• 1.3.2 岩石结构应力波传播与衰减规律研究
• 1.3.3 岩石结构动力问题的数值分析与数值计算
• 1.3.4 动力荷载作用下边坡安全研究
• 1.4 本文主要的研究内容
• 2 残采期抚顺西露天矿的基本情况
• 2.1 抚顺西露天矿地质条件
• 2.1.1 地理位置、地形地貌
• 2.1.2 气候条件
• 2.1.3 工程地质特征
• 2.1.4 水文地质特征
• 2.2 抚顺西露天矿滑坡灾害
• 2.3 抚顺西露天矿残采期现状剖析
• 2.3.1 抚顺西露天矿残采期特征
• 2.3.2 残采期灾害现状
• 2.4 抚顺西露天矿残采期的动力灾害问题
• 2.4.1 残采期西露天矿的地层结构特征
• 2.4.2 残采期西露天矿的环境因素
• 3 循环载荷下岩石破坏过程变形场演化实验研究
• 3.1 实验研究思路及方案
• 3.1.1 思路
• 3.1.2 实验方案
• 3.2 观测方法及观测系统
• 3.2.1 DSCM 变形测试原理
• 3.2.2 Geo-DSCM 观测系统
• 3.3 准静态加载下岩石材料变形场演化实验研究
• 3.3.1 试件及实验准备
• 3.3.2 方柱试件破坏过程的变形场演化
• 3.4 准静态加载下岩石结构破坏过程变形场演化
• 3.4.1 试件及实验准备
• 3.4.2 实验结果
• 3.4.3 岩石结构破坏过程变形场演化规律总结
• 3.5 循环载荷下岩石材料变形场演化规律
• 3.5.1 试件及实验准备
• 3.5.2 循环载荷作用下岩石宏观变形曲线
• 3.5.3 循环载荷作用下岩石试件表面变形场演化
• 3.5.4 循环载荷作用下岩石变形破坏的其它规律
• 3.6 岩石破坏过程变形场演化规律的应用——建立灾害监测系统
• 3.7 本章小结
• 4 岩石试件的力学性质及岩石边坡的非线性特性
• 4.1 边坡非线性蠕变模型及蠕变稳定性分析
• 4.1.1 岩石的蠕变特性与应力水平的关系
• 4.1.2 岩石的非线性蠕变模型
• 4.1.3 非线性参数的线性化
• 4.1.4 模型稳定性分析
• 4.1.5 边坡的非线性蠕变模型及蠕变稳定性分析
• 4.2 岩石边坡非线性动力响应分析
• 4.2.1 岩石试件的动力学性质
• 4.2.2 岩石边坡非线性动力响应分析
• 4.2.3 边坡动力变形模型
• 4.2.4 边坡非线性动力响应
• 4.3 岩石边坡初始扰动的动力响应分析
• 4.3.1 岩石边坡初始扰动的动力敏感性
• 4.3.2 岩石边坡扰动力幅变化的动力敏感性
• 4.4 本章小结
• 5 抚顺矿务局西露天矿边坡的静动力分析
• 5.1 模拟方案分析
• 5.2 西露天矿开挖前后的静力分析
• 5.2.1 构建模型及参数选取
• 5.2.2 包含断层情况的静力分析
• 5.3 西露天矿地震或矿震的动力响应分析
• 5.3.1 边界条件的设置
• 5.3.2 阻尼的选取
• 5.3.3 不同外部环境作用的边坡动力响应分析
• 5.3.4 不同内部结构的动力响应分析
• 5.4 本章小节
• 6 结论
• 致谢
• 参考文献
• 作者简介 :
• 攻读博士学位期间发表论著:
• 攻读博士学位期间获奖情况:
• 攻读博士学位期间主持与参与的科研情况: