浅谈悬空采场底板结构动力响应特性研究

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1、中南大学硕士学位论文悬空采场底板结构动力响应特性研究姓名：邓环宇申请学位级别：硕士专业：岩土工程指导教师：周科平20101128中南大学硕士学位论文摘要论文以矿山高中段空场条件下回收空区项部的残矿资源为工程背景，综合运用数值模拟和理论分析等方法，对崩落的矿岩冲击作用处于悬空状态下的采场底板结构这一特定问题展开细观数值模拟及理论研究，以期有所收获，算作对空场条件下回收空区项部残矿资源技术研究的一种探索辅助工作。本文的研究内容主要包含以下几个方面：(1)运用霍普金森(SHPB)压杆装置测试取白现场的岩石材料的动态力学特性。分析研究了硅灰岩在不同冲击加载率、围压以

2、及循环冲击荷载作用下的变形、破坏及能量耗散特性，并获取了硅灰岩的动态力学变形模量，峰值强度等参数，为后续的数值模拟研究提供基本的物理力学参数。(2)PFC岩石材料细观参数的标定。因为颗粒流方法自身的特点，需要调整颗粒间的细观参数以使得颗粒集合体的宏观力学响应特性与真实的岩石材料的力学响应特性保持一致。为此，在颗粒流软件中构建了虚拟的单轴压缩和SHPB实验平台，对由颗粒组成的PFC试件进行细观参数的标定，获取了满足条件的PFC材料细观参数。(3)利用基于离散元理论的颗粒流软件模拟分析了悬空底板结构在崩落矿岩冲击作用下的动力响应特性。重点分析研究了冲击荷载力在悬

3、空底板一围岩结构中的动态转移分布规律及底板一围岩结构中裂纹的形成机制及扩展规律，并综合考虑不同冲击荷载形式、周边围岩对底板的挤压作用以及崩落矿岩重量对其动力响应特性的影响。(4)根据实际工程情况建立采场结构、矿石缓冲垫层及崩落矿岩的离散元动态仿真模型，并利用其研究底板结构及矿石垫层在冲击载荷下的相互作用力学关系，及矿岩垫层细观及宏观参数(粒径分布、摩擦系数、垫层厚度)变化对底板结构损伤特性的影响规律，从而总结出矿石垫层的缓冲特性。(5)针对崩落矿岩冲击含断裂面的底板结构这一特定问题，建立了底板结构失稳的突变模型，分析了冲击荷载作用诱发底板结构失稳的非线性演化

4、规律。关键字：悬空底板，动态力学响应，数值模拟，缓冲机理，突变理论中南大学硕士学位论文ABSTRACTABSTRACT7rakingbacl【stoppingofmine’sresidualoreslyingaboVestopesint11eopen-stopeconditionasengineeringbackground，comprehensiVelyapplyingnumericalsimulationandt11eoreticalanalysismethods，thispapergiVesaresearchOnCharacteriSticsofdyn

5、amicalresponseofst叩enoorwhensubjectedt0impaCtofmassiVecavedrockandhopestodrawsomebenejEicialresults，theseresultScanberegardedas锄explorativeauldassistantjobfOrtherecoVe巧technology．ofresidualoreswhicharehostedaboVestopes．Themainrese羽．Chworksareasf．ollows：(1)Thedyn觚1icmechanicalproper

6、tiesofrockderived矗romminewastestedbyusingimproVedSHPBequipment．‘IntheteStresearCh，thecharacteristicsofrock’sdefomation，fhctureandenergydissipationwereinVestigatedwhenmerockwassubjectedt0din’erentimpactloadingrates，confiningpressureandcyclicalimpaCtloading．Atmes锄ethe，for也esal(eofsub

7、sequentnumericalsimulation，thedyn锄icphysicalandmechanicalpar锄eters，suchasdefo咖ationmodulusandpeakStrengmofsiliceouslimestoneweI．eobtained．(2)Themicro．parameterscalibratingofPFCrockmaterial．Becauseoftheuniquecharacteristicsofparticlenowmethod，itisnecessa巧toadjustthemicro—parametersb

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