岩体动力传播的摆型波理论及应用研究

论文摘要

针对深部开采冲击地压动力灾害日趋严重,本文利用岩体动力传播的摆型波理论研究深部冲击地压的发生及防治。对块系岩体动力传播特征现象与冲击地压的关系进行了理论分析。研究了块系岩体特性对摆型波传播衰减的影响,分析了块系岩体的准共振及超低摩擦特征现象诱发的冲击地压,同时研究了摆型波传播过程块系岩体与支护动力失稳诱发的冲击地压。进一步对块系岩体中的能量传递与耗散进行了理论分析。同时从理论上分析了深部冲击地压的防治。通过试验研究了一维块系岩体在冲击作用下的动力传播规律。得到如下结论：1摆型波传播的主要衰减区域集中在块系岩体的端部且低频低速传播。岩块尺度越小传播速度越慢且响应频率下降越快。岩块间黏性变化时仅影响岩块的动力响应幅值,但弹性下降时响应周期变大且幅值下降明显。2针对块系岩体的准共振特征现象,给出了摆型波传播过程块系岩体的准共振方程,并从理论上得到了块系岩体的共振条件,进而得到（准）共振诱发的冲击地压。3针对块系岩体的超低摩擦特征现象,通过岩块间的相对位移极值给出块系岩体的超低摩擦发生判据,进而得到超低摩擦诱发的岩体错动型冲击地压。4从岩体与支护的运动稳定性角度分析了块系岩体与支护的动力失稳,给出了块系岩体与支护的动力失稳判别准则,进而得到岩体与支护动力失稳诱发的冲击地压。5通过建立摆型波传播过程块系岩体能量传递与耗散的数学模型,得到块系岩体动能和势能的转化规律及系统能量的耗散规律。6针对深部冲击地压的防治,提出岩体与支护统一吸能防冲理论,给出支护端岩块的能量控制方程。吸能防冲应以岩体吸能为主支护吸能为辅进行统一吸能防冲。7通过试验得知岩块间夹层性质及夹层厚度均对摆型波传播速度及岩块加速度衰减影响较大,同时对频域响应的中心频率和最值频率亦有明显的影响。8通过试验得知局部岩块破裂时摆型波传播速度有所下降,同时对岩块的加速度时-频响应亦有明显的影响。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 问题提出及研究意义
• 1.2 摆型波研究现状
• 1.2.1 摆型波理论研究现状
• 1.2.2 摆型波试验研究现状
• 1.3 本文主要研究内容
• 2 摆型波传播过程块系岩体的动力学分析
• 2.1 块系岩体中动力传播衰减分析
• 2.1.1 摆型波传播过程块系岩体动力响应理论模型
• 2.1.2 岩块尺度对动力传播衰减的影响
• 2.1.3 岩块间黏弹性性质对动力传播衰减的影响
• 2.2 块系岩体准共振分析
• 2.2.1 准共振理论分析
• 2.2.2 准共振计算分析
• 2.3 块系岩体超低摩擦分析
• 2.3.1 超低摩擦发生判据
• 2.3.2 超低摩擦计算分析
• 2.4 块系岩体与支护动力失稳分析
• 2.5 块系岩体中能量传递与耗散分析
• 2.5.1 块系岩体中能量传递理论分析
• 2.5.2 块系岩体中能量传递计算分析
• 2.6 本章小结
• 3 岩块间夹层对摆型波传播影响试验研究
• 3.1 夹层性质对动力传播影响试验研究
• 3.2 不同夹层性质时动力传播规律对比分析
• 3.2.1 时域响应规律分析
• 3.2.2 频域响应规律分析
• 3.3 夹层厚度对动力传播影响试验研究
• 3.4 不同夹层厚度时动力传播规律对比分析
• 3.4.1 时域响应规律分析
• 3.4.2 频域响应规律分析
• 3.5 本章小结
• 4 局部岩块破裂对摆型波传播影响试验研究
• 4.1 岩块破裂对动力传播影响试验研究
• 4.2 岩块破裂时动力传播规律对比分析
• 4.2.1 时域响应规律分析
• 4.2.2 频域响应规律分析
• 4.3 岩块破裂对摆型波传播影响试验研究
• 4.4 岩块破裂时摆型波传播规律对比分析
• 4.4.1 时域响应规律分析
• 4.4.2 频域响应规律分析
• 4.5 本章小结
• 5 基于摆型波理论的吸能防冲理论研究
• 5.1 支护吸能防冲研究
• 5.1.1 防冲吸能支护理论分析
• 5.1.2 吸能支护与刚性支护动力响应对比分析
• 5.2 岩体与支护统一吸能防冲研究
• 5.2.1 岩体与支护统一吸能防冲理论分析
• 5.2.2 岩体与支护统一吸能防冲模式研究
• 5.3 块系岩体吸能防冲研究
• 5.3.1 岩体破坏深度对吸能防冲的影响分析
• 5.3.2 岩体破坏程度对吸能防冲的影响分析
• 5.3.3 岩块间力学性质对吸能防冲的影响分析
• 5.4 本章小结
• 6 结论与研究展望
• 6.1 主要结论
• 6.2 研究展望
• 参考文献
• 作者简历
• 查新结论
• 学位论文数据集