采场围岩力链成壳机制及力学特征研究.pdf

I I I I IJ I I I f fr l l l l l f l l lJIJ l l fF I I I ] lJ l l f l l l lJ l J I f Y 3 2 3 6 6 4 8 * 誊坩囊‘- 瑚黜哺蜜簟肆 - 挂岫●唯d 越。盐衄 椎 ●，一盘L ．_ i 菖． 』蒜燃艘善是棼。。 蒋番_ 蟹一穗撩爨 测矧一一赢擞群嬲，。。勰铡㈧。。| “’∞。釉‘，i } 炙， 静酗臻瓢．。。’。彝一嚣照。- 一 霄憩 拣* ． ～。登落i 囊螓～一一 峨蠡；薪韵∥i 嬖搬照皇琏趁袅辩刹一 艇锵氍* _ 。■．。冀8 ；i 磷j 鳆罄．一一 蟮辩，洋穰l0 擅辫籀疆淡愁一 燃媳蕊篷麟- 诩，燃鲴霹一 黼髓嗣缬硪貅删姆躲硒坶茹艟 蹿麓∞端“蹦∥“罗 I | ．． 。 汕j ，1 ，i ．‘如o “ 万方数据 中图分类号 婴三2 3 学科分类号 生箜3 垒 坌 论文编号 密级公五 安徽理工大学 博士学位论文 采场围岩力链成壳机制及力学特征研究 作者姓名割夏苤 专业名称采芷王程 研究方向芷出匡力生岩层控制 导师姓名邀亡搓教授 导师单位塞徽翌王太堂 答辩委员会主席墓差蝰睦 论文答辩日期2 0 1 7 年6 月3 日 安徽理工大学研究生处 2 0 1 7 年6 月3 日 万方数据 AD i s s e r t a t i o ni nM i n i n gE n g i n e e r i n g M e c h a n i c a lc h a r a c t e r i s t i c sa n dt h es h e l lf o r m a t i o n m e c h a n i s mo ft h ef o r c ec h a i no fs u r r o u n d i n gr o c ki ns t o p e C a n d i d a t e L i uW a n r o n g S u p e r v i s o r X i eG u a n g x i a n g S c h o o lo fM i n i n ga n dS a f e t yE n g i n e e r i n g A n H u i U n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y N o ．16 8 ，S h u n g e n gR o a d ，H u a i n a n ，2 3 2 0 01 ，P ．R ．C H I N A 万方数据 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及 取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方以外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得 塞丝堡至太堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一 同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并 表示谢意。 学位论文作者签名主】歪整日期上丑年j 月上曰 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解塞邀墨三太堂有保留、使用学位论文 的规定，即研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属于 塞徽理王大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的 复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权安徽理工大学 可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采 用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 保密的学位 论文在解密后适用本授权书 学位论文作者签名剀万象签字目期洲7 年‘月弓日 导师签名 r 寄 签字日期矿1 7 年‘月多日 万方数据 摘要 摘要 本论文采用室内实验室试验、相似模拟试验、数值模拟以及理论分析相结合 的研究方法，以力链为研究主线，对采场围岩载荷传递路径方式以及围岩的力学 特征进行系统研究，揭示采场围岩载荷传递机理和力链成壳机制。论文的研究为 煤矿的安全高效开采提供基础理论，进一步丰富了采场围岩矿压理论。主要取得 以下研究成果 对采场顶底板围岩的力学行为进行室内试验，获得了围岩的物理力学参数并 且实现了采场围岩力学环境的评价，为采场围岩的力链分析奠定了参数基础。同 时进一步分析了围岩损伤破坏与力链演化、微裂纹扩展以及能量演化之问的响应 规律。基于颗粒离散元法对采场围岩的力链成壳机制进行分析，发现沿工作面走 向和倾向采场覆岩顶板均呈现拱形力链，走向和倾向力链拱在空间上形成力链壳。 随着工作面推进，力链壳的强度和范围逐渐增大，且采空区后方逐渐呈现弱力链 分布，上覆岩体荷载通过力链壳中强力链传递到工作四周煤岩体内形成力链集中， 形成壳基，这也是采场围岩形成支承压力的力学本质。而且采场围岩的接触力链 从原先初始平衡状态的纵横交错的闭合力链到开采扰动之后形成准直线状的拱形 力链，通过傅立叶公式拟合得到了力链壳不同关键部位 壳基、壳肩和壳顶 时 的偏转角，揭示了应力壳是力链集束传递的宏观体现。对采场围岩的应力场、位 移场和破坏特征进行分析，发现沿工作忙走向和倾向方向上煤壁前方和开切眼后 方一定范围内存在应力集中，而且随着工作面的持续推进，应力集中现象更加明 显，且这一区域在回采过程中是逐渐变化的，在采场覆岩中形成应力拱，在采场 三维空间形成应力壳。在三维应力壳理论的基础上结合顶板岩层进行采场围岩力 学分析，构建了应力壳作用下壳顶岩层形成从四周固支到一边简支的椭圆岩层 板 力学演化模型，得到“力链．应力壳”失稳判据，揭示了“力链．应力壳” 失稳机制。 图[ 1 0 0 】表【9 】9 参[ 1 7 6 】 关键词力链；围岩应力壳；力学特征；颗粒离散元；失稳判据 分类号T D 3 2 3 万方数据 安徽理工大学博士学位论文 ．I I ． 万方数据 A b s t r a c t A b s t r a c t T h i sp a p e ra d o p t st h er e s e a r c hm e t h o d so fi n d o o rl a b o r a t o r yt e s t ，s i m i l a r s i m u l a t i o nt e s t ，n u m e r i c a ls i m u l a t i o na n dt h e o r e t i c a la n a l y s i s ，u s i n gt h ef o r c ec h a i na s t h er e s e a r c hl i n e ，t os y s t e m a t i cs t u d yt h el o a dp a s sp a t hw a y , e x p e c t i n gt or e v e a lt h e m e c h a n i s mo fl o a dp a s sw a ya n dt h em e c h a n i s mo fs h e l lf o r m a t i o no ft h ef o r c ec № T h er e s e a r c ho ft h i sp a p e rp r o v i d e st h e t h e o r e t i c a lb a s i sf o rt h es c i e n t i f i cm i n i n g m e t h o do fc o a ls e a n l ，t h er e a s o n a b l el o c a t i o no fc o a ls e a mr o a d w a ya n dt h es u p p o r t d e s i g n ，a n dp r o v i d e st h eb a s i ct h e o r yf o rt h es a f ea n de f f i c i e n tm i n i n go fc o a lm i n e ， f u r t h e re n r i c h e st h et h e o r yo f r o c kp r e s s u r e ．T h em a i n l yr e s e a r c hr e s u l t sa r ea sf o l l o w s T h el a b o r a t o r yt e s t sa r ec a r r i e do u to nt h em e c h a n i c a lb e h a v i o ro ft h es u r r o u n d i n g r o c k ．T h ep h y s i c a la n dm e c h a n i c a lp a r a m e t e r so ft h es u r r o u n d i n gr o c ka r eo b t a i n e d a n dt h ee v a l u a t i o no ft h em e c h a n i c a le n v i r o n m e n to ft h es u r r o u n d i n gr o c ki sr e a l i z e d ， w h i c hl a y st h ep a r a m e t e rf o u n d a t i o nf o r t h e a n a l y s i so ft h ef o r c ec h a i no ft h e s u r r o u n d i n gr o c k ．A tt h es a m et i m e ，i tf u r t h e rr e v e a l st h er e s p o n s er u l e sb e t w e e nr o c k d a m a g ea n df o r c ec h a i ne v o l u t i o n , m i c r o c r a c kp r o p a g a t i o na n de n e r g ye v o l u t i o n ． B a s e do nt h ep a r t i c l ed i s c r c t i z a t i o nm e t h o d ，t h em e c h a n i s mo ft h ef o r c ec h a i ns h e l lo f t h es u r r o u n d i n gr o c ki sa n a l y z e d ．I ti sf o u n dt h a tt h e r ei saf o r c ec h a i ns h e l lf o r m e db y s t r o n gc o n t a c tf o r c ei nt h es u r r o u n d i n gr o c ko ft h es t o p e ，w h i c hr e v e a l st h el o a d t r a n s f e rm e c h a n i s mo ft h es u r r o u n d i n gr o c k ．A l o n gt h eg o ba n dt h eo b l i q u ed i r e c t i o n ， t h er o o fo ft h es t o p es h o w st h ea r c h e dc h a i n ．W i t ht h ew o r k i n gf a c ea d v a n c e ，t h e s t r e n g t ha n dr a n g eo ft h ec h a i na r c hg r a d u a l l yi n c r e a s e d ，a n dt h eb a c ko ft h eg o a f g r a d u a l l ys h o w e dt h ew e a kc h a i nd i s t r i b u t i o n , t h ef o r c ec h a i nc o n c e n t r a t i o ni s f o r m a t e db yt h eo v e r b u r d e nl o a d sp a s s i n gt h es t r o n gc h a i no ft h ef o r c ec h a i ns h e l li n t o t l l ew o r ka r o u n dc o a lr o c kb o d y , a n dt h e nt h es h e l lb a s ei si n f o r m e d ，w h i c hi St h e m e c h a n i c a ln a t u r eo f t h es u p p o r tp r e s s u r ef o r m a t i o n ．A n dt h ec o n t a c tf o r c ec h a i no f t h e s u r r o u n d i n gr o c ko ft h es t o p ei sf o r m e df r o mt h ec l o s e d - c h a i ns t r u c t u r eo ft h eo r i g i n a l e q u i l i b r i u ms t a t et ot h ep o s t - m i n i n gd i s t u r b a n c e ，a n dt h eq u a s i - l i n e a ra r c h e dc h a i n s t r u c t u r ei sf o r m e db yt h eF o u r i e rf o r m u l a ．T h ed i f f e r e n tk e yp a r t so ft h ef o r c ec h a i n s h e l l s h e l lb a s e ，s h e l ls h o u l d e ra n ds h e l lt o p w h e nt h ed e f l e c t i o na n g l e ，r e v e a l i n gt h e s t r e s ss h e l li st h ec h a i no fm a s st r a n s f e r ．T h es t r e s sf i e l d ，d i s p l a c e m e n tf i e l da n df a i l u r e c h a r a c t e r i s t i c so ft h em a i nm e c h a n i c a lp a r a m e t e r sa r ed e s c r i b e d ．I ti sf o u n dt h a tt h e r e ．．1 1 1 ．． 万方数据 安徽理工大学博士学位论文 i ss t r e s sc o n c e n t r a t i o ni nt h ef r o ma n dr e a ro ft h ew o r k i n gf a c ea l o n gt h ew o r k i n gf a c e a n dt h eo b l i q u ed i r e c t i o n ，a n dt h es t r e s sc o n c e n t r a t i o ni sm o r eo b v i o u sa st h ew o r k i n g f a c ea d v a n c i n g ．T h ea r e ai sg r a d u a l l yc h a n g i n gd u r i n gt h em i n i n gp r o c e s s ．T h es t r e s s a r c hi sf o r m e di nt h eo v e r l y i n gs t r a t ao ft h es t o p e ，t h es t r e s ss h e l li sf o r m e di nt h e t h r e e - d i m e n s i o n a ls p a c eo ft h es t o p e ．B a s e do nt h et h e o r yo ft h r e e - d i m e n s i o n a ls t r e s s s h e l l ，t h em e c h a n i c sa n a l y s i so ft h es u r r o u n d i n gr o c ki sc a r r i e do u tw i t ht h er o o f r o c k f o r m a t i o n ．B a s e d0 1 1t h ep l a t e - s h e l lt h e o r y , t h es t r e s sm o d e lo ft h ee l l i p t i c a lr o c k p l a t e f o r m e db yt h es t r e s ss h e l la n dt h eb a s i ct o pe f f e c ti se s t a b l i s h e db a s e do np l a t e s h e l lt h e o r y ．T h ec r i t e r i o na n dm e c h a n i s mo f ”c h a i n - s t r e s s - s h e l l ”i n s t a b i l i t yo f s u r r o u n d i n gr o c ki sa n a l y z e d ，a n dt h ef a i l u r ec r i t e r i o no ft h es t r e s ss h e l la n dt h ef a i l u r e m o d eo ft h es t r e s ss h e l lc r u s td a m a g ea r eo b t a i n e d ． F i g u r e [ 10 0 】T a b l e [ 9 】R e f e r e n c e 【17 6 】 K e y w o r d s f o r c ec h a i n ；s u r r o u n d i n gr o c ks t r e s ss h e l l ；m e c h a n i c a lc h a r a c t e r i s t i c s ； p a r t i c l ef l o wc o d e ；i n s t a b i l i t y C h i n e s eb o o k sc a t a l o g T D 3 2 3 - Ⅳ． 万方数据 目录 目录 摘要⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一I A b s t r a c t ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．I I I C o n t e n t s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯I X 1 绪论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1 ．1 选题背景及研究意义⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 1 ．2 国内外研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 1 ．2 ．1 采场矿山压力理论研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 1 ．2 ．2 岩土体接触力链研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 1 ．2 ．3 离散元颗粒流方法研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．11 1 ．3 存在的主要问题⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 7 1 ．4 主要研究内容与技术路线⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 7 1 。4 。1 主要研究内容⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。17 1 ．4 ．2 研究技术路线⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 9 2 岩石损伤破坏力学机制及其力学特征⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 1 2 ．1 岩石损伤破坏力学机制⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 1 2 ．1 ．1 岩石受拉力作用破坏力学机制⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 1 2 ．1 ．2 岩石受压力作用破坏力学机制⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 2 2 ．1 ．3 岩石受切向力作用破坏力学机制⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 3 2 ．1 ．4 岩石受复合力作用破坏力学机制⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 3 2 ．2 采场围岩物理力学参数分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 4 2 ．2 ．1 工程地质概况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 4 2 ．2 ．2 试验内容及设备⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 6 2 ．2 ．3 物理力学实验分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 7 2 ．2 ．4 采动岩体力学特征参数分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 2 2 ．3 基于颗粒流方法围岩力学参数分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 5 2 ．3 ．1P F C 颗粒流方法概述⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 5 2 ．3 ．2 试样压缩数值模型的建立⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 2 ．V ． 万方数据 安徽理工大学博士学位论文 2 ．3 ．3 围岩力学参数分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 3 2 ．4 基于颗粒流方法岩石损伤破坏力学演化特征⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 7 2 ．4 ．1 岩石损伤破坏力链演化特征⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 7 2 ．4 ．2 岩石损伤破坏微裂纹扩展规律⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 9 2 ．4 ．3 岩石损伤破坏能量演化特征⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 0 2 ．5 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 2 3 采场围岩力链演化特征及成壳机制⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 3 3 ．1 颗粒尺寸对岩石力学特性影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 3 3 ．2 颗粒离散元岩石块体模型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 6 3 ．3 采场数值分析模型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 7 3 ．4 沿工作面走向围岩力链演化及成壳机制⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 8 3 ．4 ．1 沿工作面走向采场围岩力链演化特征⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 8 3 ．4 ．2 沿工作面走向采场围岩强力链作用方向分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 1 3 ．4 ．3 沿工作面走向采场围岩主应力分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 5 3 ．5 沿工作面倾向围岩力链演化及成壳机制⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 8 3 ．5 ．1 沿工作面倾向采场围岩力链演化特征⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 8 3 ．5 ．2 沿工作面倾向采场围岩强力链作用方向分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 9 3 ．5 ．3 沿工作面倾向采场围岩主应力分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．7 l 3 ．5 ．4 采场围岩力链三维分布特征⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。7 2 3 ．6 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 2 4 基于力链演化采场围岩力学特征研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．7 5 4 ．1 研究方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 5 4 ．1 ．1 相似材料模拟⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一7 5 4 ．1 ．2 数值模拟⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯8 2 4 ．2 采场围岩应力场特征⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯8 3 4 ．3 采场围岩位移场特征⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯8 9 4 ．4 采场顶板岩层宏观冒落及移动规律⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯9 3 4 ．5 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯9 7 5 采场围岩“力链．应力壳”失稳机理及判据⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯9 9 ．V I ． 万方数据 目录 5 ．1 基于颗粒离散元法岩层 板 破坏力学特征⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯9 9 5 ．2 采场围岩“力链．应力壳”演化力学模型建立⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 0 1 5 ．3 应力壳壳顶岩层破断力学模型分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 0 5 5 ．3 ．1 椭圆岩板四周固支力学模型分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 0 5 5 ．3 ．2 一边简支、其余边固支力学模型分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 0 7 5 ．4 椭圆岩板破坏失稳判据分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 0 9 5 ．5 应力壳壳顶岩层破断算例分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 1 0 5 ．6 “力链．应力壳”失稳模式分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1 2 5 ．7 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 1 3 6 结论与展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1 5 6 ．1 主要结论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 1 5 6 ．2 主要创新点⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 1 7 6 ．3 后续研究工作展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯11 7 参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯11 9 致谢⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 3 3 作者简介及读研期间主要科研成果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 3 5 ．V I I ． 万方数据 安徽理工大学博士学位论文 万方数据 C o n t e n t s C o n t e n t s A b s t r a c t C h i n e s e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．⋯I A b s t r a c t E n g l i s h ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．I I I C o n t e n t s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯Ⅸ lI n t r o d u c t i o n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯l 1 ．1 R e s e a r c hb a c k g r o u n da n ds i g n i f i c a n c e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1 ．2R e s e a r c hs t a t ua th o m ea n da b r o a d ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 1 ．2 ．1R e s e a r c hs t a t u so f o v e r l y i n gs t r a t a p r e s s u r et h e o r y ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 1 ．2 ．2R e s e a r c hs t a t u so f f o r c ec h a i ni n g e o t e c h n i c a le n g i n e e r i n g ⋯．⋯⋯．⋯7 1 ．2 ．3R e s e a r c hs t a t u so f p a r t i c l ef l o wc o d e ⋯．⋯⋯．⋯⋯⋯．⋯⋯．⋯．．⋯．⋯⋯⋯．11 1 ．3M a i np r o b l e m se n c o u n t e r e da tp r e s e n t ⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 7 1 ．4O b j e c t i v ea n do u t l i n eo f t h es t u d y ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。1 7 1 ．4 ．1I t j s e a r c hc o n t e n t s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 7 1 。4 ．2O u t l i n eo f t h es t u d y ⋯．⋯⋯．⋯⋯．⋯⋯⋯。⋯⋯⋯⋯⋯。⋯⋯。⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯．1 9 2M e c h a n i c a lp a r a m e t e r so f s u r r o u n d i n gm c ka n df a i l u r em e c h a n i s m ⋯．．⋯⋯⋯⋯．2 1 2 ．1T h em e c h a n i s mo f r o c kd a m a g em e c h a n i c s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 1 2 ．1 ．1T h e m e c h a n i s m o f r o c ks u b j e c t e d t o t e n s i l e d a m a g e m e c h a n i c s ⋯．．2 1 2 ．1 ．2T h em e c h a n i s mo f t u c ks u b j e c t e dt os t r e s sd a m a g em e c h a n i c s ⋯⋯2 2 2 ．1 ．3T h e m e c h a n i s mo f r o c ks u b j e c t e dt os h e a rd a m a g em e c h a n i c s ⋯⋯．2 3 2 ．1 ．4T h em e c h a n i s mo f r o c ks u b j e c t e dc o m p o s i t ed a m a g em e c h a n i c s ⋯2 3 2 ．2A n a l y s i z eo f p h y s i c sa n dm e c h a n i c sp a r a m e t e r so fs u r r o u n d i n gm c k ⋯⋯2 4 2 ．2 ．IE n g i n e e r i n gg e o l o g i c a l ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯．2 4 2 ．2 ．2T e s tc o n t e n ta n de q u i p m e n t ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 6 2 ．2 ．3P h y s i c a la n dm e c h a n i c a le x p e r i m e n ta n a l y s i s ．⋯⋯．⋯⋯⋯．⋯⋯．⋯⋯．．2 7 2 ．2 ．4M i n i n gm e km a s sm e c h a n i c sp a r a m e t e r s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 2 2 ．3A n a l y s i z eo fp h y s i c sa n dm e c h a n i c sp a r a m e t e r so fs u r r o u n d i n gr o c k b a s e do np a r t i c l ef l o wm e t h o d ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 5 2 ．3 ．1B a s i cp r i n c i p l eo f p a r t i c l ef l o wc o d e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3 5 ．Ⅸ． 万方数据 安徽理工大学博士学位论文 2 ．3 ．2r n l ee s t a b l i s h m e n to f t h es p e c i m e nc o m p r e s s i o nn u m e r i c a lm o d e l ．4 2 2 ．3 ．3 ’n l em e c h a n i c sp a r a m e t e r so f s u r r o u n d i n gr o c k ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 3 2 ．4M e c h a n i c sc h a r a c t e r i s t i c se v o l u t i o no fr o c kd a m a g eb a s e do np a r t i c l e f l o wm e t h o d ⋯⋯．⋯⋯．⋯⋯⋯．⋯．⋯⋯．⋯⋯．⋯⋯．．⋯⋯．⋯．⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯z 1 7 2 ．4 ．1F o r c ec h a i l le v o l u t i o no f r o c kd a m a g e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 7 2 ．4 ．2M i c r o c r a c kg r o w t ho f r o c kd a m a g e ⋯．⋯⋯．⋯．⋯⋯⋯．⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4 9 2 ．4 ．3E n e r g ye v o l u t i o no f r o c kd a m a g e ⋯．⋯⋯．⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯．⋯⋯．．5 0 2 ．5S u m m a r y ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 2 31 1 1 es h e l lf o r m a t i o nm e c h a n i s mo ft h ef o r c ec h a i no fs u r r o u n d i n gr o c ki ns t o p e5 3 3 ．1S i z ee f f e c tO nr o c km e c h a n i c a ic h a r a c t e r i s t i c s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 3 3 ．2R o c kb l o c km o d e lo f p a r t i c l ef l o wc o d e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 6 ；．3N u m e r i c a lc a l c u l a t i o nm o d e lo fs t o p e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 7 3 ．4S h e l lf o r m a t i o nm e c h a n i s mo f t h ef o r c ec h a i no nt h es t r i k e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 8 3 ．4 ．1F o r c ec h a i ne v o l u t i o nl a wo f s u r r o u n d i n gr o c ko nt h es t r i k e ⋯⋯⋯．．5 8 3 ．4 ．2F o r c ec h a i nd e f l e c t i o no nt h es t r i k e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 1 3 ．4 ．3 ，n l em a i ns t r e s so fs u r r o