论文题目: 硬岩矿柱失稳及时间相依性研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 岩土工程
作者: 李江腾
导师: 曹平
关键词: 硬岩矿柱,稳定性,初始几何缺陷,初始地质缺陷,损伤,断裂,突变,亚临界裂纹扩展,时间相依性
文献来源: 中南大学
发表年度: 2005
论文摘要: 在房柱式开采中,随着采矿工作的向前推进,采场的稳定性问题变得突出,而矿柱是决定采场稳定状态的重要结构单元,对采空区起支撑作用,不但维护着采场项板及围岩的稳定性,而且稳定的矿柱对矿石回采率的提高有极大的潜在作用。目前国内外地下开采厚大矿体,多向高阶段、高分段、大型化、无轨化方向发展,使得采场的控项高度相应提高,矿柱高宽比相应增大,其横向的整体稳定性显著下降。此外,由于矿柱的几何形状不规则,而矿柱中岩体又含有各种缺陷,它们对矿柱的稳定性产生很大影响,降低了矿柱的承载能力。矿柱的失稳破坏通常是在亚临界裂纹扩展到一定程度后发生的,导致矿柱的失稳与岩石裂纹扩展的时间相关。针对上述问题,作者结合国家自然科学基金项目“超高硬岩矿柱地压显现及时间相依性研究”,对硬岩矿柱的失稳及时间相依性进行了深入系统的研究。本文主要研究内容如下: 在矿柱失稳的非线性分析方面,针对矿柱在不同开挖条件下的结构建立了相应的力学模型,基于能量原理及突变理论导出了相应的失稳充要力学条件判据、矿柱变形突跳量和能量释放量的表达式,为定量研究其失稳问题奠定了基础。讨论了外界扰动力的临界行为,探讨了临界状态下微小扰动诱发矿柱失稳的形成机理,揭示了矿柱失稳的本质。 考虑矿柱失稳的初始条件方面,针对具有初始几何缺陷的超高矿柱的稳定性问题建立了一个简化的力学模型,根据初始挠度的形状、岩石的应力-应变关系、应变-曲率关系及静力平衡关系对具有初始挠度的矿柱的弹性和弹塑性稳定性进行了探讨,分析了超高矿柱稳定性对初始几何缺陷的依从关系,确定了具有初始几何缺陷的超高矿柱的弹塑性失稳的极限载荷。以裂隙张量为基础,将岩体中的裂隙看作初始损伤,对含随机分布裂隙的矿柱岩体特性进行了分析,推求了裂隙岩体的等效变形模量和等效泊松比,并探讨了初始地质缺陷对矿柱稳定性的影响。 利用Instron1342型电液伺服材料试验机,采用双扭常位移松弛法对矿石、二辉橄榄岩、大理岩、花岗岩四种岩石的试件进行了亚临界
论文目录:
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1．1 引言
1．2 国内外研究现状及进展
1．2．1 岩土工程开挖特点
1．2．2 分叉与突变理论在岩土工程稳定性中的应用现状
1．2．3 断裂力学在岩土工程中应用研究现状
1．2．4 岩土工程稳定性的时间相关分析研究现状
1．2．5 矿柱稳定性研究方法与研究现状
1．3 本文主要研究方法与研究内容
第二章 不同条件下矿柱失稳的突变理论分析
2．1 引言
2．2 尖点突变理论
2．3 考虑开挖影响的矿柱稳定性分析
2．3．1 力学模型
2．3．2 矿柱的本构关系
2．3．3 系统的势函数
2．3．4 尖点突变分析
2．3．5 失稳过程中的能量释放量
2．3．6 分析与讨论
2．3．7 算例
2．4 非对称开采时矿柱稳定性分析
2．4．1 力学模型
2．4．2 矿柱的本构关系
2．4．3 系统的势函数
2．4．4 尖点突变分析
2．4．5 失稳过程中的能量释放量
2．4．6 分析与讨论
2．4．7 算例
2．5 硬岩矿柱纵向劈裂失稳的突变理论分析
2．5．1 裂纹扩展及层状结构的形成机理
2．5．2 简化的力学模型
2．5．3 势函数的确定
2．5．4 临界载荷的确定
2．5．5 稳定性分析
2．5．6 算例
2．6 临界微扰诱发矿柱失稳的机理分析
2．7 小结
第三章 初始几何缺陷对超高矿柱稳定性的影响
3．1 引言
3．2 简化的力学模型
3．3 稳定性对几何缺陷的依从关系
3．3．1 弹性阶段稳定性对缺陷的依从关系
3．3．2 弹塑性阶段稳定性对缺陷的依从关系
3．4 算例
3．5 小结
第四章 初始地质缺陷对矿柱稳定性的影响
4．1 引言
4．2 岩体的裂隙张量
4．3 等效初始柔度张量
4．4 等效变形模量的确定
4．5 稳定性对初始地质缺陷的依从关系
4．6 小结
第五章 矿柱岩石亚临界裂纹扩展及断裂韧度试验研究
5．1 引言
5．2 岩石裂纹亚临界扩展的机制
5．3 双扭试验的基本原理
5．4 试件制备与试验设备
5．4．1 试件制备
5．4．2 试验设备
5．5 试验过程
5．5．1 试件预裂
5．5．2 常位移松弛亚临界裂纹扩展速度测试
5．5．3 断裂韧度K_(IC)测试
5．6 试验结果与分析
5．6．1 应力强度因子K_I—裂纹扩展速率V关系
5．6．2 门槛值的确定
5．6．3 不同岩石中亚临界裂纹扩展速率比较
5．6．4 不同岩石中断裂韧度比较
5．6．5 不同岩石中裂纹扩展门槛值比较
5．7 小结
第六章 压剪状态下矿柱裂纹演化及时间相依性探讨
6．1 引言
6．2 压剪应力作用下裂纹演化模型
6．2．1 有效剪应力
6．2．2 翼型裂纹尖端应力强度因子
6．3 亚临界裂纹扩展的时间相关性
6．3．1 亚临界裂纹扩展方程
6．3．2 分析与讨论
6．3．3 矿柱裂纹亚临界扩展时间相关分析
6．4 小结
第七章 结论与展望
7．1 全文结论
7．2 进一步工作展望
参考文献
致谢
攻读博士学位期间发表的学术论文及成果
发布时间: 2006-03-28
参考文献
- [1].夏甸金矿矿柱及围岩稳定性分析与应用[D]. 郭建军.山东科技大学2005
相关论文
- [1].岩石变形局部化及失稳破坏的理论与实验研究[D]. 张东明.重庆大学2004
- [2].动静组合加载下的岩石破坏特性研究[D]. 左宇军.中南大学2005
- [3].岩石流变力学特性的研究及其工程应用[D]. 杨圣奇.河海大学2006
- [4].房柱式采矿地压动态控制及人工智能应用研究[D]. 刁心宏.东北大学2001
- [5].金川二矿区充填体可靠度分析与1#矿体回采地压控制优化研究[D]. 韩斌.中南大学2004
- [6].诱导条件下节理岩体流变断裂理论与应用研究[D]. 袁海平.中南大学2006
- [7].复杂条件下地下采矿稳定性研究[D]. 陈从新.中国科学院研究生院（武汉岩土力学研究所）2004
- [8].爆破作用下岩体累积损伤效应及其稳定性研究[D]. 闫长斌.中南大学2006
标签：硬岩矿柱论文; 稳定性论文; 初始几何缺陷论文; 初始地质缺陷论文; 损伤论文; 断裂论文; 突变论文; 亚临界裂纹扩展论文; 时间相依性论文;