采动岩体破裂过程中的热效应特征及力学行为研究

本项目针对采动岩体破裂过程的复杂性，研究采动岩体损伤-变形-断裂-接触-破坏全过程的热效应，揭示岩体力学性能与热效应变化的关系，为采动岩体破坏研究提供理论支持。利用相似材料模拟实验、红外探测试验和数值模拟相结合的方法，应用非平衡热力学理论、分形和协同学理论，在考虑岩石材料的非均匀性与损伤局部化特征基础上，研究采动岩体破裂过程中比热、热导率、温升与形变、滑移、摩擦之间的非线性变化规律；建立岩体力学性能与损伤、温升之间的关系；提出基于温度变化率的采动岩体破坏前兆识别方法；建立采动岩体温升-应力-损伤耦合模型和接触过程中温度变化的非线性模型，利用Visual C++语言编程实现，并嵌入到岩土分析软件FLAC3D中，对采动岩体破裂过程进行分析。本研究成果对采动岩体变形破坏、峰后力学行为、岩层移动中的动力现象研究具有重要意义，对地表沉陷的准确预测和有效防治等具有工程意义。

本项目针对采动岩体破裂过程的复杂性，在国内外覆岩移动和地表沉陷的研究和实践的基础上，研究采动覆岩中的下位岩体和巷道围岩体损伤-变形-断裂-接触-破坏全过程的热效应，揭示岩体力学性能与热效应变化的关系，为采动岩体破坏研究提供理论支持。运用红外辐射温度场探测技术，通过相似材料模拟实验、数值模拟和理论分析相互结合的手段，研究采动岩体破坏过程中温度变化与变形、摩擦、滑移之间的非线性相互作用关系，在考虑岩石材料的非均匀性与损伤局部化特征基础上，研究采动岩体力学性能与损伤、温升之间的关系，为建立采动岩体破裂热力耦合模型奠定实验数据，提出基于温升的采动岩体接触运动状态和破坏前兆识别特征的新方法，为揭示覆岩移动规律、矿山压力的显现规律及工作面矿压控制参数研究提供新的研究方法和技术。本项目抓紧采动岩体破裂特征这一基本科学问题，在实验室试验的基础上，加大了在现场应用工程的可能性，进行了现场水力掏槽试验、冲击地压防治、保护层开采、隐伏断层突水以及综放工作面压力和巷道稳定研究。本研究成果对采动岩体变形破坏、峰后力学行为、岩层移动中的动力现象研究具有重要意义，对地表沉陷的准确预测和有效防治等具有工程意义，为防止或减轻岩体破坏和地层沉陷造成损失的重要理论依据，对矿山生产和国民经济的可持续发展具有重要的现实意义。