双层岩梁组合结构研究

论文摘要

采场覆岩具有显著的梁的结构特征,研究岩梁及组合结构的受力变形、破坏规律是采场覆岩结构研究的基础。本文采用相似材料模拟实验和理论分析方法对单层及双层岩梁在自重作用下的破断规律及岩梁间的力学作用关系进行了研究,主要内容包括:构建岩梁相似材料模拟实验系统;选择合适的相似模拟材料并确定材料配比;进行试样的物理力学参数测定;对单层岩梁试件进行实验;对不同组合情况的双层岩梁组合结构进行实验并对实验结果进行理论分析;对实验模型进行数值模拟。单层岩梁实验结果与材料力学公式计算结果吻合度较高,表明所选相似材料制作的岩梁试件符合材料力学中梁的要求,可用材料力学分析方法进行分析。双层岩梁组合结构实验及其理论分析结果表明,双层梁的组合结构因组合方式不同而不同:上硬下软无粘结的情况下,层间无力的作用,各层独自运动,垮距同单层岩梁垮距一致;上硬下软弱粘结的情况下,在一定跨距内,交界面处的剪应力小于抗剪强度,双层岩梁按组合梁形式整体运动,超过该跨距后,交界面处的剪应力大于抗剪强度,组合梁遭到破坏,离层逐步发展,各层独自运动直至垮落,各层垮距同单层岩梁垮距基本一致;上硬下软强粘结的情况下,双层岩梁按组合梁结构运动直至垮落,垮距由各层试件力学性质决定。上软下硬的情况下,上部岩梁给下部岩梁加载,但载荷并不是其全部重量,而只是其中一部分,载荷大小取决于上、下岩梁的厚度、容重及弹性模量。对于上述情况均给出了表征岩梁间力学作用的计算式。利用FLAC3D数值模拟软件对单层及不同组合情下的双层岩梁随跨距增大过程中变形、破坏规律及岩层间的力学作用关系进行了模拟,数值模拟结果同相似材料模拟实验结果以及理论计算结果基本一致。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 选题背景及研究意义
• 1.1.1 本论文研究的背景
• 1.1.2 本论文研究的意义
• 1.2 国内外研究现状及发展趋势
• 1.2.1 采场结构理论研究现状及发展趋势
• 1.2.2 对岩梁组合结构的研究动态及发展趋势
• 1.3 研究内容、方法和关键技术路线
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 研究方法
• 1.3.3 技术路线
• 2 岩梁相似材料模拟实验系统
• 2.1 构建岩梁相似材料模拟实验系统的必要性
• 2.2 岩梁相似材料模拟实验与传统相似模拟实验的区别
• 2.2.1 相似材料的区别
• 2.2.2 实验系统的区别
• 2.2.3 实验结果的区别
• 2.3 岩梁相似模拟实验系统的构建
• 2.3.1 标准试样的制作及力学参数的测定
• 2.3.2 岩梁试件的制作及破断实验系统
• 2.4 本章小结
• 3 单层岩梁实验研究
• 3.1 相似模拟材料选择及力学参数测定
• 3.1.1 相似模拟材料选择
• 3.1.2 材料配比的选择
• 3.1.3 试样制作及力学参数测定
• 3.2 单层岩梁实验
• 3.2.1 实验目的
• 3.2.2 岩梁试件制备
• 3.2.3 实验步骤
• 3.2.4 实验结果
• 3.3 理论分析
• 3.3.1 应变-跨距变化规律
• 3.3.2 挠度-跨距变化规律
• 3.3.3 固支梁极限跨距计算公式
• 3.3.4 悬臂梁极限跨距计算公式
• 3.4 实验结果与理论分析结果的比较
• 3.4.1 跨距中点处应变值随跨距变化的曲线
• 3.4.2 跨距中点处挠度随跨距变化的曲线
• 3.4.3 实测极限跨距与理论计算结果对比
• 3.5 本章小结
• 4 双层岩梁实验研究
• 4.1 双层岩梁实验
• 4.1.1 实验目的
• 4.1.2 试件制备
• 4.1.3 实验测试方法
• 4.1.4 双层岩梁实验结果
• 4.2 理论分析
• 4.2.1 上硬下软组合
• 4.2.2 上软下硬组合
• 4.3 本章小结
• 5 实验模型数值模拟研究
• 5.1 概述
• 3D数值模拟软件介绍'>5.1.1 FLAC^3D数值模拟软件介绍
• 5.1.2 数值分析目的
• 5.2 单层岩梁变形破坏的数值模拟
• 5.2.1 模型构建
• 5.2.2 计算参数确定
• 5.2.3 计算本构方程
• 5.2.4 计算结果与分析
• 5.3 双层岩梁模型数值模拟
• 5.3.1 模型构建
• 5.3.2 计算参数确定
• 5.3.3 分析方法
• 5.3.4 计算结果与分析
• 5.4 本章小结
• 6 结论
• 6.1 结论
• 6.2 问题探讨
• 致谢
• 参考文献
• 附录