受载岩体系统变形反馈特性研究

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受载岩体系统反馈特性对系统灾变特征具有决定作用。为研究受载岩体系统灾变孕育及触发过程中的反馈特性,从系统科学的角度,以地下采场系统岩爆等动力灾害为研究对象,分析了受载岩体系统的特征,建立系统动态反馈层次性分析模型,对地下采场系统反馈特征进行了层次性分析;结合MATLAB与有限差分软件FLAC3D建立非均质岩石模型,研究了非均质度对模型力学性质及变形特征的影响;与水泥砂浆试件局部侧向应变观测结果对比分析研究了模型内部不同强度单元体之间的反馈特性,并建立了以约束度为判据的正反馈判据;基于动力弹射型岩爆孕育及触发过程能量储存及耗散规律,建立变截面体模型,研究了蓄能体-变形体系统受载状态下能量储存、转移与耗散规律,并从能量的角度分析了地下采场系统正反馈判据。研究结果表明:  1)系统与要素为相对的概念,地下采场受载岩体系统可以划分为受载岩石(煤)系统、蓄能体-变形体系统与巷道-巷道系统,地下采场系统大规模动力灾害为上述三个子系统逐层触发所致。  2)不同层次的子系统反馈类型不同。受载岩石(煤)系统反馈类型与岩石(煤)变形广义刚度系数有关;岩爆等动力灾害的孕育及触发过程可以简化为变形体-蓄能体系统的反馈调节过程;失稳巷道的形变量与未失稳巷道的形变量构成反馈结构,二者通过采场系统不平衡力相互作用。  3)非均质岩石内部强-弱单元体系统的反馈类型决定岩石模型的力学性质及变形特性。随岩石非均质程度的提高,不同强度单元体之间能量传递及应力转移效率提高,导致岩石单轴压缩状态下峰前应力-应变曲线波动,峰后变形特征由脆性向延性转换,强-弱单元体公共界面位移突变可以作为强-弱单元体系统正反馈的判据。  4)变截面体模型可以用于描述蓄能体-变形体系统能量储存、转移与耗散的规律;深部采场系统弹性应变能释放速率远大于变形体(或岩爆体)扩展应变能、动能等能量消耗速率时,系统将会进入正反馈状态,发生岩爆;从系统反馈的角度提出防治动力灾害的建议。  上述研究成果为地下采场系统动力灾害防治提供参考思路。
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