应力恢复条件下裂隙体力学特性及裂隙场形态演化

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煤层采动后,覆岩破断移动形成采动裂隙场,裂隙之间相互贯通形成裂隙通道,大量卸压瓦斯由此涌入工作面。随着回采距离的增加,覆岩自重应力将逐渐恢复,这一过程中采动裂隙体的形态及裂隙场的结构将发生变化,研究应力恢复条件下的采动裂隙在覆岩中的分布特征以及裂隙体的力学特性能够为卸压瓦斯抽采工程的设计及抽采参数的优化提供理论指导。本课题以断裂带采动裂隙为研究对象,通过单轴压缩试验对不同尖端面边长及尖端倾斜角度的采动裂隙体应力、应变曲线及力学特性等参数进行分析;利用FLAC 3D数值模拟软件对不同尖端面边长及倾斜角度的采动裂隙体在加载过程中的力学特性变化特征进行模拟研究;基于离散裂隙网络运移模拟试验系统平台对采动裂隙场形态演化规律进行模拟分析。得出如下结论:(1)从采动裂隙尖端面边长及尖端倾斜角度两个方面对应力恢复下采动裂隙进行分析。基于梯形台完全非啮合裂隙模型研制混凝土岩体试件进行单轴压缩实验,对不同尖端倾斜角度及尖端面边长的混凝土试件在加载过程中应力及应变随加载时间的变化曲线特征进行了分析,同时获得了不同类型混凝土试件发生初次破断的时间及应力、应变峰值参数。(2)结合数值模拟软件建立梯形台裂隙模型,并进行混凝土试件参数的赋值,分别得出在尖端面边长相同、尖端倾斜角度不同以及尖端面边长不同、尖端倾斜角度相同的模型应力变化云图和位移变化云图,同时获得了平衡时的应力及位移最大值,并对加载过程中的云图变化特征进行了描述。(3)通过研发离散裂隙网络试验平台系统对采动裂隙形态演化规律进行模拟研究。在抽采过程中,随着工作面的推进,上层邻近抽采层位的试验块体由于自身重力及加载力的作用逐渐出现垮落现象,而远离抽采层位的试验块体彼此之间逐渐产生破断裂隙与离层裂隙,这一过程中试验块体之间产生的裂隙数量及角度也发生了变化。最后分情况对岩层裂隙演化机理进行了分析。
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