煤巖變形 界面單元 數(shù)值模擬 損傷 傾斜煤層論文

1、煤巖變形論文：開挖引起的煤巖變形損傷及界面破裂數(shù)值模擬【中文摘要】為了提高煤層開采的有效性,安全性和經(jīng)濟(jì)性,通過模擬煤層傾角對煤層和上部巖體界面在開挖擾動(dòng)載荷作用下的變形損傷演化的影響,研究了煤層變形損傷及界面軟弱層系統(tǒng)破壞的機(jī)理,為瓦斯?jié)B流和瓦斯突出災(zāi)難的機(jī)理分析打下了基礎(chǔ)。本文應(yīng)用ABAQUS進(jìn)行數(shù)值模擬,計(jì)算中采用了Drucker-Prager作為煤巖的屈服條件,Traction-Separate Law作為界面單元的損傷判定標(biāo)準(zhǔn),將混凝土損傷本構(gòu)應(yīng)用到煤層損傷分析中。得到主要結(jié)論如下：(1)四種傾角模型最大與最小主應(yīng)力值分別位于采空區(qū)左下方底板內(nèi)和右上方頂板中,與水平煤層明顯不同；垂直

2、應(yīng)力集中區(qū)范圍不斷轉(zhuǎn)移擴(kuò)大到下部底板；工作面前方的剪應(yīng)力逐漸向前蔓延形成應(yīng)力更高的集中帶。(2)沿煤層走向采空區(qū)頂板巖層出現(xiàn)彎曲下沉的特征,呈現(xiàn)不對稱偏態(tài)漏斗型；上層頂板左右端以及煤層的開采面附近都出現(xiàn)較大偏向右側(cè)的水平位移；煤層傾角越大,豎向位移越大。(3)在擾動(dòng)載荷作用下,界面剛度逐漸降低,采空區(qū)附近單元甚至產(chǎn)生失效,隨著界面損傷的擴(kuò)散,導(dǎo)致了周圍結(jié)構(gòu)的裂隙和缺陷的產(chǎn)生(4)靠近工作面的煤層中裂紋受到較大張應(yīng)力,致使裂紋擴(kuò)展到周邊介質(zhì),煤巖中.【英文摘要】In order to improve the effectiveness, security and economy of coal-

3、mining, by numerical simulating the deformation and damage effecting of coal seam and the upper rock interface under the disturbance load, reaching the failure mechanism of coal layer and rock and interface system, to made the foundation for the disaster of sulfide gas and gas outburst mechanismIn t

4、his paper using ABAQUS to simulate the mining process. Using Drucker-Prager and Traction Separate Law as the yield criterion and the damage .【關(guān)鍵詞】煤巖變形 界面單元 數(shù)值模擬 損傷 傾斜煤層【英文關(guān)鍵詞】Coal-rock Displacement Interface Element Numerical Simulation Damage Slope Coal Seam【目錄】開挖引起的煤巖變形損傷及界面破裂數(shù)值模擬摘要5-6Abstract6目錄7

5、-9第一章 緒論9-141.1 課題來源及其依據(jù)9-101.1.1 課題來源91.1.2 課題依據(jù)9-101.2 課題的背景和現(xiàn)階段發(fā)展動(dòng)態(tài)10-111.2.1 課題相關(guān)背景10-111.2.2 課題研究動(dòng)態(tài)111.3 課題的目的和意義11-121.3.1 課題研究的目的121.3.2 課題研究的意義121.4 課題創(chuàng)新點(diǎn)以及研究內(nèi)容12-14第二章 煤巖運(yùn)移規(guī)律以及損傷特性14-222.1 覆巖移動(dòng)和變形特征及應(yīng)力分布情況14-152.2 采場下覆煤巖變形規(guī)律15-162.3 煤巖蠕變的一般規(guī)律16-182.4 蠕變性質(zhì)的影響因素18-192.5 煤巖的變形破壞過程19-222.5.1 煤巖

6、壓縮損傷19-202.5.2 煤巖拉伸損傷20-22第三章 煤巖相關(guān)理論在ABAQUS中的應(yīng)用22-363.1 ABAQUS功能介紹22-233.2 ABAQUS在巖土工程中的適用性233.3 ABAQUS巖土本構(gòu)模型23-333.3.1 Mohr-Coulomb模型24-273.3.2 擴(kuò)展的Drucker-Prager模型27-323.3.3 Drucker-Prager塑性與蠕變的耦合模型32-333.4 Cohesive element在工程中的應(yīng)用33-343.5 平衡初始地應(yīng)力34-36第四章 煤巖變形損傷及界面破裂數(shù)值模擬36-644.1 ABAQUS中界面單元相關(guān)計(jì)算36-39

7、4.1.1 兩個(gè)厚度384.1.2 兩個(gè)剛度38-394.1.3 厚度與精度的影響394.2 界面單元在煤巖開挖中的應(yīng)用39-454.2.1 ABAQUS中建立幾何模型39-404.2.2 模型本構(gòu)設(shè)置40-414.2.3 模型網(wǎng)格及載荷設(shè)置41-424.2.4 模型分析步設(shè)置42-434.2.5 開挖步的接觸設(shè)置434.2.6 數(shù)值模擬結(jié)果43-454.3 傾斜煤層開挖模型中加入界面單元45-544.3.1 有限元模型464.3.2 模型材料屬性46-484.3.3 載荷及邊界條件48-494.3.4 網(wǎng)格劃分494.3.5 地應(yīng)力平衡49-504.3.6 數(shù)值模擬結(jié)果50-544.4 煤巖開挖中加入損傷54-644.4.1 單軸拉伸曲線54-564.4.2 單軸壓縮曲線56-574.4.3 損傷與剛度