胶结充填体与围岩相互作用机理及变形演化规律研究

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1、分类号学号２０１３０１６０１００７学校代码１０４８８密级博士学位论文胶结充填体与围岩相互作用机理及变形演化规律研究学位申请人：王明旭学科专业：矿业工程指导教师：许梦国教授答辩日期：２０１８年３月５日■ａｒ武汉科技大学研究生学位论文创新性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文是木人在导师指导下，独立进行研宄所取得的成果。除了文中己经注明引用的内容或属合作研宄共同完成的工作外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研宄做出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明．－－申谘学

2、位论文弓资料若有不实之处，切相关责仟本人承担。论文作者签名：Ｂ期：別呀夺ｇ研究生学位论文版权使用授权声明本论文的研宄成果归武汉科技大学所有，其研宄内容不得以其它单位的名义发表。本人完全了解武汉科技大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关部门？（按照《武汉科技大学关丁研究生学位论文收录工作的规定》执行）送交论文的复印件和电子版本，允许论文被查阅和借阅，同意学校将本论文的全部或部分内容编入学校认可的国家相关数据库进行检索和对外服务。论文作者签名：？他指导教师签名：日期：ADissertationSubmittedinPa

3、rtialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofDoctorofPhilosophyinEngineeringStudyontheInteractionMechanismandDeformationEvolutionLawofCementedFillingBodyandSurroundingRockPh.D.Candidate：WANGMing-xuMajor：MiningEngineeringSupervisor：Prof.XUMeng-guoWuhanUniversityofScienceandTechnologyWuhan,Hu

4、bei430081,P.R.ChinaMar，2018摘要传统充填法重点研究胶结充填体充填井下后自身的强度问题，而忽略了不同龄期所呈现的不同强度胶结充填体对围岩稳定性影响不同。胶结充填体与围岩共同承载能力直接影响井下采场高效安全回采和上覆岩层的变形稳定，并且充填采场受到复杂的多向应力环境，以程潮铁矿为工程背景出现了充填法与无底柱分段崩落法共同开采和确保地表选厂安全的充填采场安全高效回采的要求。为确保矿山高效安全开采，通过胶结充填体与围岩共同承载问题的研究确保接触带的稳定，进而确保无底柱分段崩落法不对充填采区的安全构成不利影响，同时通过胶结充填体与围岩的共同承载确保上覆岩层变形稳定

5、，进而确保地表选厂安全。为此，荷载作用下充填体与围岩复合体的变形演化特征及承载能力是接触带稳定性分析和评判的关键科学问题，故采用岩石力学试验、理论分析、数值模拟试验、物理相似模拟试验和现场监测等研究手段，系统研究不同强度胶结充填体对采场围岩稳定性的影响及胶结充填体与围岩共同承载的变形演化规律问题。（1）利用安全系数云图定量表征了含随机节理围岩的变形损伤演化规律；建立了基于随机分组函数的围岩随机分布夹石的复合体数值模拟方法。针对充填体与围岩接触区域围岩应力复杂、节理发育、夹石分布较多的特点，开展了接触区域完整围岩、含随机节理和夹石围岩变形损伤的室内试验和数值模拟研究。通过系统描摹法

6、建立了随机节理数值模型，结合色素提取软件，利用安全系数云图定量表征了含随机节理围岩的变形损伤演化规律；建立了基于随机分组函数的围岩随机分布夹石数值模拟方法，结合弹塑性理论，得到了不同节理分布和夹石含量对围岩稳定性的影响规律，为接触区域不同赋存地质条件的围岩稳定性评判提供了理论指导。（2）提出了蠕变能量积聚法，研究了胶结充填体能量积聚与释放响应，并构建了胶结充填体的失稳判据。依据胶结充填体不同龄期的变形特点，将胶结充填体划分为早期和后期。对早期胶结充填体开展力学加载变形的室内试验和数值模拟研究，结合静水压力理论处理方法，构建早期胶结充填体与围岩相互作用力学模型，得到了早期胶结充填体

7、对围岩稳定性的影响规律。提出了蠕变能量积聚法，通过对本构拟合方程求积分和求导，引入柔化正态张量和应变能张量表征胶结充填体能量变化特点，研究了胶结充填体能量积聚与释放响应，并构建了后期胶结充填体的失稳判据。将后期胶结充填体对围岩作用简化为简支梁的力学模型，结合胶结充填体长期稳定性具有蠕变特性，将其简化为西原体模型，通过挠度计算评判简支梁稳定性。研究结果揭示了不同龄期胶结充填体通过对围岩形成不同程度的变形挤压约束机制，实现能量的传递、积聚与释放，从而影响围岩的稳定。I（3）建立了损伤