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基于固液相耦合理论的矿山井下泥石流液化机理研究及无量纲分析

作　者: 王胜开
导　师: 欧阳治华
学　校: 武汉科技大学
专　业: 采矿工程
关键词: 岩土液化液化机理固液耦合无量纲分析 OPENSEES
分类号: TD163
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 133次
引　用: 1次
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内容摘要

地下开采是一个动态变化的过程,其上部围岩和覆盖层受到频繁的采矿活动的扰动和破坏而发生崩落,上层土壤沿着塌陷产生的缝隙进入地下采场,与矿石混合在一起。这种现象在无底柱分段崩落采矿方法中表现的尤为突出。在雨季,随矿山围岩崩落的上层覆盖物和土壤吸水饱和,在爆破动载荷作用下可能产生液化并涌入采场,形成井下泥石流,给矿山的安全生产带来重大危害,如果能够及早的发现并预防,则可大大减低经济损失,并保障人员安全。本文参考国内外对地震引发的沙土液化机理分析的文献,结合矿山爆破震动的特殊性,分析了井下泥石流的形成机理,并通过无量纲分析,计算了大量的数据,目的就是为了研究在动载荷作用下饱和岩土液化的机理,分析爆破动载荷与井下泥石流的关系,对雨季中矿山的采矿及回采工作提供安全依据。本文首先分析了引起沙土液化的一般机理及影响沙土液化的因素,从数值模拟角度提出了沙土液化的判定方法,其次介绍了本文数值模拟的基本原理:基于饱和两相介质的固液耦合模拟方程及数值模拟方法,论文对引起矿山沙土液化的各个因素进行了无量纲分析,并运用OPENSEES有限元数值模拟,综合分析了在各个因素的变化下,饱和沙土的液化情况,得出了无量纲分析图。最后,结合实例,以多次发生井下泥石流的程潮铁矿为例,详细分析了井下泥石流的形成因素,计算结果表明,爆破动载荷对泥石流存在直接影响,数值模拟与程潮铁矿泥石流成因相吻合,对矿山安全生产工作提供了依据。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-8
第一章前言  8-12
  1.1 研究意义  8-9
  1.2 国内外研究现状  9-10
  1.3 研究方法分析  10-11
  1.4 论文主要研究内容  11-12
第二章矿山井下泥石流形成机理研究  12-19
  2.1 液化的基本原理  12-14
  2.2 矿山井下泥石流形成的影响因素分析  14-16
    2.2.1 地形条件  14
    2.2.2 地质条件  14
    2.2.3 水源条件  14-15
    2.2.4 矿体条件  15
    2.2.5 物理因素  15
    2.2.6 人为因素  15-16
  2.3 液化的判定准则  16-17
  2.4 爆破震动波模拟  17-19
第三章沙土液化的数学模型  19-25
  3.1 孔隙介质的平衡方程  19-22
  3.2 饱和两相介质动力学问题的数值解法  22-23
    3.2.1 有限差分法  22
    3.2.2 有限元法  22-23
    3.2.3 混合元法  23
  3.3 基于有限元分析的液化本构模型  23-25
第四章无量纲分析与有限元模拟  25-39
  4.1 无量纲分析原理  25-26
  4.2 液化本构模型无量纲化  26-27
  4.3 有限元模拟  27-39
    4.3.1 单个单元数值模拟  27-30
    4.3.2 固定弹性模量E 和时间t，改变加速度a  30-33
    4.3.3 固定加速度a 和时间t，改变弹性模量E  33-35
    4.3.4 固定性模量E 和加速度a,改变时间t  35-36
    4.3.5 改变弹性模量E，加速度a,做无量纲分析  36-38
    4.3.6 示例  38-39
第五章工程实例分析  39-46
  5.1 矿区地质及水文地质概况  39-40
    5.1.1 矿区地质条件  39
    5.1.2 矿区水文地质条件  39
    5.1.3 岩层的富水性  39-40
  5.2 影响因素  40-42
    5.2.1 井下泥石流的固体物质来源  40-41
    5.2.2 井下泥石流形成的水源条件  41
    5.2.3 泥石流的通道  41
    5.2.4 采矿活动的影响  41-42
  5.3 有限元计算模型及结果分析  42-44
  5.4 矿山井下泥石流的防治措施  44-46
第六章总结  46-47
参考文献  47-50
附录  50-53
致谢  53-54
硕士期间发表论文  54

基于固液相耦合理论的矿山井下泥石流液化机理研究及无量纲分析

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