三维拉格朗日元与离散元耦合的连续-非连续方法研究及应用 ——以巷道围岩的变形-开裂过程为例

来源 :辽宁工程技术大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:leiyang000
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
巷道围岩的破坏和失稳制约着矿产资源的安全高效开采。在冲击扰动下,矿山灾害往往造成巨大的人员伤亡和财产损失。液压支架可有效弥补常规支护方式支护强度不足的问题。采用数值模拟方法研究冲击及液压支架作用下三维巷道围岩的变形-开裂过程是一种有益的探索。鉴于连续方法及非连续方法的不足,采用连续方法与非连续方法耦合方法研究上述问题具有显著优势。将连续方法中的拉格朗日元方法与非连续方法中的离散元方法耦合,提出了一种三维连续-非连续方法。采用提出的三维连续-非连续方法,模拟了力控制加载及位移控制加载条件下岩样的单轴拉伸试验、三点弯岩梁试验及卸荷应力波在巷道围岩中的动态及静态分布特征;模拟了平面应变条件下(厚度方向仅一层单元,厚度方向被施加法向约束),卸荷应力波在线弹性巷道围岩中的传播过程及位移控制加载条件下巷道围岩的变形-开裂过程;模拟了逐步开挖条件下前后表面受法向约束的三维巷道围岩的变形-开裂过程;模拟了半正弦周期冲击及液压支架作用下前后表面受法向约束的三维巷道围岩的变形-开裂过程。研究得到的主要结论如下。(1)在提出的三维连续-非连续方法中,基于坐标变换原理,推导了三维理论裂缝面的法向量的表达式,以确定三维裂缝扩展方向;通过判断发生接触的六面体单元面及边的关系,提出了处理三维空间接触问题的公共体法。(2)力控制加载条件下及位移控制加载条件下岩样单轴拉伸试验的弹性模量及泊松比、三点弯岩梁试验中加载点的载荷-时间曲线及卸荷应力波在围岩中的动态及静态分布特征的数值解与输入值、理论解及采用有限元方法获得的数值解基本相同,以此验证了提出的三维连续-非连续方法的正确性。(3)在平面应变条件下,增加局部自适应阻尼,有利于模型快速平衡,但不利于卸荷应力波传播;增加卸荷时间,巷道围岩的开裂形态由连续分布向间隔分布转变。在压缩位移控制加载条件下,巷道围岩发生开裂、冒落和底鼓,最终垮塌。(4)在逐步开挖条件下,较短的开挖进尺及较长的开挖间隔有利于减弱开挖对巷道围岩造成的扰动。在巷道的四角处或巷道两帮及顶、底板附近的掌子面前方的围岩容易形成应力集中。开挖巷道时围岩中的应力转移使掌子面前方的围岩在巷道即将贯穿模型时出现较多的裂缝。(5)在无冲击无支护作用下,巷道围岩在开挖作用下产生少量拉伸裂缝。在冲击无支护作用下,巷道两帮裂缝多于巷道底板的,但少于巷道顶板的;巷道顶板处部分单元脱离围岩,落入巷道。在冲击及支护作用下,巷道两帮裂缝少于冲击无支护作用下的;巷道顶板和底板均未新增裂缝。液压支架的支护作用使巷道围岩在一定程度上抵抗了冲击载荷对其造成的扰动,减少了开裂,提高了巷道的安全性。该论文有图78幅,表15个,参考文献262篇。
其他文献
学位
目的 中国儿童发展纲要和国民经济发展五年规划对儿童健康发展具有指导意义,本研究探讨其对儿童健康关注重点的变迁,为日后儿童健康政策的制定提供思路。方法 采用内容分析法,基于NVivo软件对儿童发展纲要进行词频分析,对国民经济发展五年规划进行编码分析,并将不同时间发布的儿童纲要与五年规划内容进行比较分析,归纳出政策关注点的演变图。结果 儿童发展纲要中重视儿童全面发展的价值理念,从关注儿童生存转向儿童发
我国于2016年发射了高分三号(GF-3)SAR卫星,填补了我国民用高分辨率合成孔径雷达卫星的空白,标志着我国高分辨率SAR对地观测能力的初步形成。据统计,未来即将发射的SAR卫星将要占据发射卫星总数的一半,SAR遥感卫星将成为遥感卫星的主流传感器。尽管SAR遥感卫星发展迅速,但SAR观测数据的处理分析以及应用研究相对滞后,如何实现SAR遥感卫星地物的有效识别与分类,是目前SAR应用研究的重点。海
为揭示煤矿灾害孕育、发展、发生及演化的本质规律,开辟煤矿灾害主动安全防控的新途径,采用理论分析、现场监测与工程试验相结合的研究方法,建立了适用于描述煤矿安全问题的煤矿安全结构模型。构建了煤矿灾害安全结构的危险性度量、预测及主动管控的理论体系,并将其应用于煤矿回采工作面瓦斯浓度的主动管控中。主要研究成果如下:建立了煤矿生产环境的拓扑结构和生产活动的拓扑结构,并基于因素空间理论,构建了承载煤矿环境状态
股票价格趋势有时并不能完全遵循传统资产定价理论的假设呈现随机游走的状态,而是呈现出非理性的异常波动现象。投资者有时会受情绪的驱动做出非理性的投资决策,因此应重视异象背后投资者的有限理性和非理性的研究。异质信念是投资者对于市场价格的不同预期,投资者情绪是投资者短期内受到信息冲击的反应最终体现在投资行为上,两者相互影响,在某种程度上使资产价格产生偏移。目前分别研究投资者情绪和异质信念对资产定价的文献较
综采工作面是矿井粉尘污染最严重的区域之一,而综采面粉尘主要来源于采煤机割煤与支架移动。综采设备功率大、切割速度快等因素导致煤体被破碎过程产生大量煤尘,严重威胁工作人员的健康。尽管国家对煤尘治理工作重视程度不断提高,仍有许多煤矿在煤尘治理方面存在理论知识薄弱、主观经验性强、除尘技术落后等问题。因此,为有效降低综采面煤尘污染,本文采用理论分析、现场测试、数值模拟与实验研究相结合的方法,对综采面煤尘运移
本文以辽东岫岩地区中生代侵入岩为研究对象,利用锆石LA-ICP-MSU-Pb定年,确定该地区中生代岩浆岩侵位年代,并通过其岩石学、年代学、地球化学特征,探讨它们的岩浆来源及构造背景。综合区域上中生代侵入岩分布特点与性质,进一步探讨岫岩地区中生代期间的岩浆活动期次、构造演化等地质意义。锆石LA-ICP-MSU-Pb定年结果显示,岫岩地区中生代岩浆活动可以分为晚三叠世、晚侏罗世与早白垩世三个期次。晚三
在采矿工程中,矿震产生的动载是诱发巷道冲击地压的一个重要因素,并且造成的巷道破坏程度往往比静载失稳型的冲击地压更为严重。本文针对这一问题,采用现场调研、统计分析、理论研究、相似模拟试验、数值模拟和现场试验相结合的研究方法,研究了矿震诱发巷道冲击地压的发生机制,进而提出矿震诱发巷道冲击地压软化区能量极值判别准则,给出了巷道冲击地压发生的临界软化区能量等指标,系统分析了围岩参量对冲击地压临界指标的影响
大倾角工作面采空区由于倾角大、垮落方式独特,导致采空区遗煤自燃较为隐蔽,自燃防治难度加大,同时由于大倾角采空区遗煤承压状态不同,破碎程度不同,且煤承压破碎特征尚不明确,存在大倾角采空区遗煤自燃监测难度大、准确性低,相关理论与实验研究结果对相关问题描述准确性欠佳的问题。因此,有必要开展大倾角采空区遗煤承压破碎特征与自燃规律实验研究,确定大倾角工作面采空区遗煤自燃规律,为大倾角遗煤自燃防治提供理论支撑
学位