偏心质量引起旋转系统振动的动力学研究

从单自由度系统受简谐激励振动发生的力学机理出发,对高速旋转的偏心质量机械系统进行振动分析.利用幅频特性曲线和相频特性曲线分析了系统稳态响应的动力学特征,进而探讨了系统各特性参数对高速旋转偏心质量机械系统振动的影响.     

采场端部底板破坏深度解析分析

为了理顺采场端部底板岩体主应力场中3个主应力的力学逻辑关系,同时研究采场端部底板破坏深度,通过力学分析,确定了采场端部底板岩体主应力的具体形式,并以此为基础导出采场端部底板破坏深度的计算公式。研究结果表明,主应力场在极坐标下是关于极径r与极角θ的函数,且3个主应力与采场底板岩体的泊松比μ有关,当采场底板岩体的泊松比μ与采场端部底板岩体中的单元体在极坐标下的极角θ满足不同数值关系时,3个主应力是有所不同的,与之对应的采场端部底板破坏深度计算公式也必然不同。     

基本顶岩层的裂断分析

基于煤层的应力、应变状态及煤层与悬臂覆盖梁的顶板模型变形情况,分析了强脆性、脆性、半脆性基本顶岩层裂断可能发生的位置。     

底板岩体破坏深度力学计算逻辑关系分析

关于底板岩体破坏规律的研究,常以平面理论为研究基础.笔者认为该研究方法尚有众多的理论和实际问题需作更全面、更深入的研究、总结和完善.本文在理顺主应力逻辑关系的同时,推导出了工作面底板岩体的破坏深度计算公式.     

断层自锁与活化的力学机理及稳定性控制

针对断层受采动影响是否发生活化的难题,以断层带、上盘和下盘为系统,通过解析分析研究系统的稳定性。结果表明:系统有2个应力比状态量,它们是断层面黏结力、内摩擦角、裂隙流体压力及垂直应力等系统参量的函数;系统的稳定性由应力比和应力比状态量的关系确定;断层倾角越接近剪切错动特征角、断层面黏结力和内摩擦角越小、裂隙流体压力越大,系统越不稳定;垂直应力对系统稳定性的影响因黏结力、裂隙流体压力和内摩擦角之间不同的量值关系而有所不同;系统的稳定性可通过超前预注浆、钻孔疏放裂隙流体和设计、选择合理的施工方案改变应力比等措施实现有效控制。研究结果对发育有断层的地下资源开采、地下结构及防震减灾等工程具有参考价值。     

大空间孤岛采场覆岩结构演化与区段煤柱合理宽度研究

大空间孤岛采场覆岩结构演化与稳定对区段煤柱的稳定性至关重要,而区段煤柱的稳定性与煤柱宽度有直接关联.为了提高区段煤柱稳定性和煤炭回收率,应用数理推导的方式研究大空间孤岛采场覆岩结构演化与区段煤柱的变形和承载特性,基于区段煤柱的极限平衡导出煤柱的合理宽度,确定影响区段煤柱合理宽度的系统内部参量;采用单因素分析法和函数增减性判别准则研究系统内部参量对区段煤柱合理宽度的影响规律,并由此提出减小煤柱宽度以提高回采率的措施.结果表明:大空间孤岛采场区段煤柱的合理宽度由煤层埋深、煤柱高度、工作面长度、煤柱上方悬臂岩梁长度、煤层到关键层高度、应力集中程度、关键层悬顶距、煤柱内部弹塑性区交界面的侧压系数及煤岩体交界面的摩擦系数等9个系统内部参量共同确定;区段煤柱的合理宽度随着煤层埋深、煤柱高度、工作面长度、煤柱上方悬臂岩梁长度、煤层到关键层高度、应力集中程度和煤柱内部弹塑性区交界面处侧压系数的增大而增大,随着关键层悬顶距和煤岩体交界面上摩擦系数的增大而减小.基于系统内部参量对区段煤柱合理宽度的影响规律,提出控制大空间孤岛采场工作面长度、爆破或水力切顶以改变覆岩结构、煤柱高强注浆和锚喷支护及提高煤岩体摩擦系数等措施减小大空间孤岛采场区段煤柱宽度以达到提高回采率的目的.     

基于梯度塑性理论的断层活化机理

基于梯度塑性理论,将断层视为内部连续、有厚度的地质体,分析断层带应变软化及其应变局部化问题。将梯度塑性理论引入断层带模型,得到了断层带沿倾向相对错动位移的理论表达式,定义了“断层带等效剪切刚度”;通过对上盘岩体的下边缘界面处单元体应力分析,得到上盘岩体沿断层倾向的相对错动位移并定义了“两盘岩体等效剪切刚度”。根据“断层带等效剪切刚度” 与“两盘岩体等效剪切刚度”的关系得到了断层活化的判据。结果表明：断层的活化不仅与断层内部地质体材料的性质 (断层内部地质体材料的脆性、内部结构尺寸) 有关,还与两盘岩石的特征参数(剪切弹性模量、泊松比)及包括断层倾向长度的最小岩层尺寸相关;断层内部地质体材料的内部参数越小、“两盘岩体等效剪切刚度”越小、断层内部地质体材料越脆及包括断层倾向长度的岩层最小尺寸越大,断层越易活化。     

无断层底板关键层破断后的稳定性分析

承压水体上采煤的关键问题在于底板突水机理的分析与预测.当底板关键层受采动影响而发生破断后其是否导致突水,基本的落脚点在于破断后的底板关键层是否将发生回转失稳.基于此,通过对采动底板关键层破断后呈现的形式分析,以无断层的底板关键层为研究对象,将工作面中部底板简化为三铰拱形式,在对三铰拱力学分析的基础上导出三铰拱的极限平衡关系;基于三铰拱极限平衡状态被破坏后工作面中部底板关键层发生回转失稳的力学机理,建立了无断层的底板关键层发生回转失稳的条件,并由此得到无断层底板关键层的失稳判据.     

非均应力场圆形巷道围岩塑性区解析分析

巷道围岩塑性区大小是评价围岩稳定性的重要依据及进行巷道支护设计的理论基础。一般圆形巷道所受原岩应力场为非均匀应力场。通过对圆形巷道围岩的力学分析,获得了围岩主应力场分布规律,结合极限平衡条件下的莫尔-库仑准则,得到了圆形巷道在不等压原岩应力作用下围岩的塑性边界方程。软岩巷道围岩控制的基本出发点是充分发挥围岩的自承能力,其基本原则之一便是圆形巷道形式。