采动覆岩渐进破坏的连续-离散耦合模拟研究

摘要：

采动覆岩破裂演化数值结果准确性的关键在于建立岩体渐进破坏本构与连续-离散模拟方法.构建偏应力、球应力为基本变量的屈服函数、塑性势函数,结合广义胡克定律得到完整岩块的弹塑性本构;引入弹塑性损伤理论,以平方拉剪应力准则为初始损伤判据,结合Benzeggagh-Kenane断裂准则,得到拉剪混合型断裂本构;构建离散块体挤压本构,基于直剪实验数据修正Sargin粗糙结构面剪切摩擦本构.编制反映岩石渐进破坏的连续-离散耦合模拟计算程序,在验证本构模型的基础上,根据同煤工程地质条件建立数值计算模型.结果表明:(1)岩石渐进破坏本构方程及相应的连续-离散耦合模拟方法,可数值实现岩石从连续体到离散体的转变过程;(2)多煤层重复开采扰动下,石炭系煤层覆岩裂隙分布复杂,其高度约为采高的21倍,远超经验公式所得结果;(3)模拟条件下,在侏罗系煤柱集中应力和采动应力耦合作用下,石炭系工作面超前支承压力峰值达到42 MPa,较无煤柱区域提高8～10 MPa,矿压显现强烈.上述成果在大同矿区得到初步应用,为进一步开展保水采煤、压裂卸压等提供理论支撑.

关键词：岩石力学、覆岩运动、渐进破坏、连续-离散介质、混合型断裂、压剪摩擦

所属期刊栏目：41

分类号：TU45(土力学、地基基础工程)

资助基金：国家自然科学基金;山西省应用基础研究计划项目

在线出版日期：2023-02-08（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共12页

页码：2299-2310