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天然缺陷结构的力学机制分析

时间:2022-10-22 百科知识 版权反馈
【摘要】:地质缺陷打破岩体连续性,改变岩体应力分布。下面将对常见的地质缺陷结构对冲击地压的发生的力学机制和影响进行分析。岩体中的天然裂隙具有无序性和不规则性等特点。0y方向受到均匀的拉力,椭圆孔的半径分别为b和c。对于脆性、冲击类煤岩,在压应力作用下,内部裂隙尖端快速扩展,其扩展演化过程就是冲击能量孕育积聚,出现无序煤炮说明局部裂纹在扩展释能,当出现宏观裂纹快速扩展破坏时,能量大的冲击地压就会发生。

3.1 天然缺陷结构的力学机制分析

地质缺陷打破岩体连续性,改变岩体应力分布。冲击地压往往发生在有地质缺陷的高应力区域。下面将对常见的地质缺陷结构对冲击地压的发生的力学机制和影响进行分析。

裂隙节理是岩体中最常见的缺陷。岩体中的天然裂隙具有无序性和不规则性等特点。分析它的力学机制,首先简化力学模型。因为一个无限狭长的椭圆的极限情况可以看做一条裂隙,建立一个中心有椭圆孔的平板的力学模型(见图3-1)。

0y方向受到均匀的拉力,椭圆孔的半径分别为b和c。假定胡克定律在模型中的个点都成立,而且在椭圆孔边界上不受力,半轴b、c与板的尺度相比较是很小的。这时可以用线弹性理论讨论。

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图3-1 断裂力学模型

椭圆方程:

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C点的曲率半径:

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最大应力集中发生在C点上:

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对于b≤c的狭长椭圆孔,这个方程式可以变为:

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上式中的比值通常叫做弹性应力集中系数,对于狭长的孔,该系数显然比1要大的多。

由以上的公式可以推出,岩体中裂隙尖端是应力集中区域,所以一旦应力超过岩石的强度,破坏就沿裂隙进行传导,应力继续向裂隙端部转移。

对于脆性、冲击类煤岩,在压(拉、剪等)应力作用下,内部裂隙尖端快速扩展,其扩展演化过程就是冲击能量孕育积聚,出现无序煤炮说明局部裂纹在扩展释能,当出现宏观裂纹快速扩展破坏时,能量大的冲击地压就会发生。

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