【摘 要】
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深部开采工程岩体通常处于复杂的地质环境中,开采过程中的水、热、力是地质环境中的三个主要因素,三者之间相互影响、相互制约和相互作用,形成了岩体温度场、渗流场和应力场(简称THM)的多场耦合效应,其过程具有非线性动力学特征和突发性。本文以华泰煤矿7501工作面承压水上开采为研究对象,综合采用理论分析、室内试验、现场实测和数值仿真等手段,对深部开采条件下地底板岩体在多场耦合效应下的破坏特征进行了系统性研
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深部开采工程岩体通常处于复杂的地质环境中,开采过程中的水、热、力是地质环境中的三个主要因素,三者之间相互影响、相互制约和相互作用,形成了岩体温度场、渗流场和应力场(简称THM)的多场耦合效应,其过程具有非线性动力学特征和突发性。本文以华泰煤矿7501工作面承压水上开采为研究对象,综合采用理论分析、室内试验、现场实测和数值仿真等手段,对深部开采条件下地底板岩体在多场耦合效应下的破坏特征进行了系统性研究,主要内容如下:(1)基于弹性力学理论,建立了弹性半无限体平面上均布载荷、三角形载荷和梯形载荷作用计算模型。建立了沿工作面走向开采力学计算模型,推导出有、无承压水作用下底板岩体中任意点的垂直应力、水平应力和剪切应力计算公式,基于Origin得到应力等值线图,分析出有、无承压水作用下应力在底板岩体中的传播规律,研究了底板岩体破坏深度及其空间分布形态;(2)建立采动底板突水相似模拟模型,随工作面的不断推进,监测并深入分析探究了底板岩体应力、位移、裂隙扩展、渗流变化等突水特征的演化规律。现场实测分析了 7501工作面底板最大破坏深度及其破坏特征;(3)讨论应力-渗流-温度耦合方程,建立了针对突水问题的多物理场应力渗流耦合方程,基于Comsol Multiphysics多物理场耦合分析软件,研究构造应力场、岩体温度场、地下水渗流场耦合状态下不同结构岩体的特征效应,描述了高地应力条件下深部岩体的岩石流变特征及耦合规律,分析了底板突水过程中应力场-渗流场-温度场非线性耦合作用特征。
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