缓倾斜层状岩体顶板稳定性研究

摘要

本文针对贵州开阳磷矿缓倾斜层状矿体采场软弱直接顶易冒落、垮塌的问题，依托“开磷矿山井巷支护体系与支护标准化研究”课题，通过现场调查以及数值计算方法开展理想弹塑性假定下采场项板的稳定性研究。
　　本研究主要内容包括：⑴获取地层信息、地应力信息和岩石物理力学参数，根据现场调查结果，对顶板进行分类，折算岩体力学参数。⑵针对不同版本的ANSYS软件，编写相应java程序构造初始应力文件，提出高版本的EXCEL简易方法，用ANSYS等效节点反力法实现初始地应力平衡，对ANSYS三维地应力场模拟方法流程进行总结。⑶建立缓倾斜层状岩体的ANSYS有限元模型，构造出符合实测资料的初始三维地应力场和初始零位移场，并对采场进行开挖。通过不断增大采场的埋深及其对应的地应力，重复进行多次开挖模拟试验，近似模拟出采场顶板破坏过程。对分层高度为10m、顶板跨度20m的采场，比较开挖后不同埋深顶板的应力、位移和塑性应变，探究厚直接顶和薄直接顶的破坏模式和机理。⑷采用基于位移突变判据的强度折减法求顶板的安全系数，评价直接顶的稳定性。建立有序样品回归类聚类方法，精确获取位移——折减系数关系曲线的突变点。对分层高度为10m、顶板跨度20m的采场，求出不同埋深和厚度组合下各关键点的安全系数。用平面折线图分析埋深和厚度各自对直接顶安全系数的影响，用三维曲面图分析埋深和厚度对直接顶安全系数的共同影响。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．2 顶板稳定性研究现状

1．2．1 研究方法和手段

1．2．2 顶板破坏机理研究现状

1．2．3 顶板稳定性影响因素研究现状

1．3 本文的研究内容和技术路线

1．3．1 主要研究内容

1．3．2 研究技术路线

2 资料搜集和现场调查

2．1 地层情况

2．2 地应力情况

2．3 采场围岩情况

2．3．1 开阳磷矿矿层及顶底板岩性

2．3．2 开阳磷矿顶板现场调查

2．4 岩体物理力学参数

2．4．1 岩石物理力学参数

2．4．2 节理裂隙调查

2．4．3 岩体力学参数折算

2．5 本章小结

3 ANSYS软件及初始地应力场的模拟

3．1 ANSYS软件及其在岩土工程中的应用

3．1．1 有限单元法

3．1．2 ANSYS软件及其在岩土工程中的应用

3．2 ANSYS中地应力场的精确模拟

3．2．1 ANSYS地应力场模拟的难点

3．2．3 解决地应力模拟发生扭曲的方法

3．2．4 消除初始附加位移的方法

3．2．5 ANSYS三维地应力场模拟方法及流程

3．3 本章小结

4 顶板破坏机理数值研究

4．1 地应力下顶板破坏模式研究思路

4．2 数值计算过程

4．3 厚直接顶破坏模式

4．3．1 三向正应力分析

4．3．2 第一主应力分析

4．3．3 塑性区分析

4．3．4 离层破坏分析

4．3．5 位移分析

4．4 薄直接顶破坏模式

4．4．1 三向正应力分析

4．4．2 第一主应力分析

4．4．3 塑性区分析

4．4．4 离层破坏分析

4．4．5 位移分析

4．5 本章小结

5 顶板稳定性研究

5．1 顶板稳定性评价标准

5．2 强度折减法破坏判据

5．3 有序聚类方法在位移突变判据中的应用

5．3．1 有序样品聚类法

5．3．2 有序样品回归类聚类法求安全系数

5．4 顶板稳定性分析

5．4．1 安全系数计算实例

5．4．2 安全系数计算结果

5．4．3 埋深的影响

5．4．4 厚度的影响

5．4．5 埋深和厚度的共同影响

5．5 本章小结

6 结论和展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

致谢

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