毕业论文-基于边界元的煤岩体稳定性分析

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1、中国矿业大学本科生毕业论文姓名：金红全学号：10094715学院：力学与建筑工程学院专业：工程力学论文题目：基于边界元的煤岩体稳定性分析指导教师：高亚楠职称：讲师二○一三年六月徐州摘要在数学模拟方法中，以往只有“有限元方法”可以灵活的处理煤岩体复杂的非线性性状及地质的不连续性。近十余年来，边界元法已有很大发展，提供了求解煤岩体力学问题的另一种数值方法，无论是处理复杂的非线性因素，边界元法都具有它的特色，是一种简单而效率高的数值方法。煤层巷道的稳定性受地应力影响极大，分析不同地应力分布情况下煤岩巷道的稳定性对煤炭开采具有较大的工程意义和指导作用。本文首先介绍了边界

2、元的发展及基本原理，随后采用边界元算法，计算了不同地应力分布情况下煤岩巷道的位移场、应力场分布及其演化规律。计算表明在地应力与水平方向呈45°时，巷道变形较为明显，容易失稳，因此，在实际开挖时，应尽量避免45°角方向开挖深部煤岩层巷道。关键字：边界元法；煤岩体稳定性；二维弹性问题；间接边界元法；直接边界元法；ABSTRACTThefiniteelementmethodwastheonlywaytowellsolvethecomplexnonlinearbehaviorofcoalandrockmassandgeologicaldiscontinuityamong

3、allthemathematicalsimulationmethods.Duringrecenttenyears,asasimpleandhigh-efficientnumericalmethod,boundaryelementmethodhasbeendevelopedgreatly,whichprovidesanalternativemethodtodealwithcoalandrockmassmechanicsandshowsitsspecialtyindealingwiththecomplexnonlinearelement.Thestabilityof

4、coalroadwayinfluencedbycrustalstressisgreat.Analysisthestabilityofthecoalrockunderdifferentcrustalstressdistributionofcoalmininghasgreatengineeringsignificanceandguidingrole.Thispaperfirstintroducesthedevelopmentoftheboundaryelementandthebasicprinciple.Thenitusestheboundaryelementmet

5、hod.Coalrockiscalculatedunderthedifferentin-situstressdistributionofdisplacementfield,stressfielddistributionanditsevolutionregularity.Calculationshowsthatincrustalstressandthe45°tothehorizontaldirection.Theroadwaydeformationisrelativelyobvious.Theroadwayiseasytolosestability.Therefo

6、re,theactualexcavationshouldavoida45°angledirectionroadwayexcavationofdeepcoalstrata.Keywords:boundaryelementmethod;stabilityofcoalandrockmass;two-dimensionalelasticproblems;indirectboundaryelementmethod;directboundaryelementmethod目录1边界元发展概况11.1发展历史11.1.1萌芽与奠基期(1950—1978)21.1.2方法完善与初

7、步应用期(1978—1990)31.1.3理论完善与广泛应用期(1990至今)51.2我国边界元法研究概况51.3岩体工程中边界元的发展62边界元法基础82.1概述82.1.1边界积分方程的建立82.1.2对于一般问题的推广102.1.3Betti定理、Kelvin解及Somigliana等式112.2本章小结133几种常见的边界元方法143.1几种常见的问题143.1.1半平面问题143.1.2Flamant问题163.2几种常见的方法183.2.1位势问题的边界元法简介183.2.2位势问题的间接法边界积分方程193.2.3虚应力法建立的边界积分方程213.

8、2.4位移间断法建立的边