我国新疆地区煤炭资源储藏丰富,但该地区地质环境极其复杂,在采动影响下岩层易产生导水导沙裂隙通道,诱发突水溃沙灾害。因此开展对岩体变形破坏特征以及煤层顶板导水裂隙带发育规律的研究,对煤炭资源的安全开采具有重要意义。本文以新疆大南湖矿区为研究对象,以室内试验和颗粒离散元数值模拟相结合,分析岩石的基本力学特性及裂隙演化规律,并基于修正的粘结模型建立新疆矿区顶板岩层的数值模型,研究采动影响下煤层顶板的移动破断规律。主要研究内容如下:(1)颗粒离散元模拟参数与宏观参数关系研究。逐一研究颗粒接触模量、摩擦系数、刚度比值、平行粘结模量、平行粘结法向强度和切向强度等几种不同的细观参数对宏观力学特性的影响,并进行函数拟合分析细观参数对宏观响应的影响程度,对细观参数的选取提出建议。(2)砂岩力学强度特征与破坏规律研究。通过单轴压缩和巴西劈裂试验,研究砂岩的基本力学性能参数,并建立相应的数值模型与室内试验进行对比,验证模拟的有效性,进而研究初始裂隙角度分别为0°、30°、45°和90°的模型在破坏过程中的裂隙演化规律,发现初始裂隙的存在对模型的强度和变形规律有较大的影响,裂隙倾角越小,应力集中现象越明显,对模型强度的影响越大。(3)岩体损伤本构模型及粘结模型修正研究。对单轴压缩情况下翼裂纹的扩展模型进行简化,确定其应力强度因子及损伤变量,基于应变等价原理建立考虑初始损伤的本构方程,并在此基础上对PFC内部的粘结模型进行修正,分析不同粘结模型的岩石试样强度的变化规律以及裂隙发育规律。模拟发现修正后的粘结模型更易发生破坏,模型内部更易产生裂隙,可以更好地表征新疆矿区岩层胶结弱、强度低的特点。(4)采动影响下煤层顶板移动破坏机理研究。建立以新疆大南湖矿区为例的数值计算模型,模拟分析在煤炭开采过程中煤层顶板的破断垮落行为。研究采动条件下,不同煤层采高对顶板岩层内的裂隙发育特征、导水裂隙带高度的变化规律以及上覆岩层的移动下沉机理的影响。研究发现顶板岩层内的裂隙分布呈现“梯台”型特征,裂隙数量分布曲线呈“M”型,并且裂隙的发育角度多以纵向为主,倾角的大小以高角度居多。随着工作面的推进,顶板岩层的沉降量处于逐渐增大的趋势,沉降曲线均呈现两端小中间大的凹型分布,越靠近采空区中部,岩层的沉降量越大。该论文有图69幅,表11个,参考文献101篇