论文摘要
煤层顶板和覆岩多为层状沉积岩层,在矿山压力和岩层控制研究中常常被简化为梁——岩梁,这种简化为分析计算提供了方便,被大家普遍接受和采用。然而在现有的对岩梁的分析计算中,多采用材料力学和结构力学中的工程力学计算式,忽视了岩梁的特有的介质特性、几何特性和所处的环境条件。实际上,采矿中的岩梁在很多条件下与工程力学中研究的细长杆及在分析计算中所做的假设(1.平面假设;2.纵向纤维无正应力假设;3.线弹性假设;4.拉压本构关系相同假设)不完全相符,因此直接将工程力学计算式用于岩梁的分析计算在有些情况下会产生对工程有一定影响的误差。对岩梁进行专门研究,搞清楚岩梁与工程力学中梁的不同,分析直接应用工程力学计算式对岩梁进行求解可能产生的误差,并得到工程力学计算式可应用的岩梁条件,进而建立完全适合岩梁的工程计算式是矿山压力和岩层控制理论研究的重要课题,对矿井安全和矿山资源与环境保护理论与技术的发展均具有重要的理论价值。作为对岩梁研究的一种探索,本文对不同跨高比的花岗岩梁进行了弯曲实验,测试了各岩梁在不同载荷下的应变值,分析了花岗岩的抗拉弹性模量和抗拉强度,得到了岩梁的变形破坏规律;分别利用材料力学、经典弹性力学和不同模量弹性理论对试件进行了分析,并将分析结果与实验结果进行了对比;分析了材料力学计算式的误差并给出了其适用条件。研究结果表明:花岗岩的拉、压弹性模量不同;分析岩梁结构的拉伸破坏时应采用梁弯曲法测得的抗拉强度;岩梁的变形破坏与其跨高比及岩石的拉、压弹模有关;对岩梁变形破坏更为精确的分析计算应该采用不同模量弹性理论;花岗岩梁的跨高比对材料力学计算结果相对于实验结果的误差有直接影响,当跨高比大于2.2时,最大拉应力的误差小于10%,对工程影响较小。工程应用:在矿山开采中,对具有不同岩层和工程条件的岩梁应进行具体研究,并选择符合工程计算精度的计算式。采用材料力学计算式在有些条件下是可以满足要求的,但在另一些条件下可能会产生比较大的误差,此时可采用不同模量弹性理论进行分析,并需要研究材料的拉压弹性模量。