深部岩体超低摩擦效应的FLAC-3D数值模拟研究

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随着开采深度增加,岩体动力学行为表现出新特征和新现象,深部岩体超低摩擦效应产生机理是其中关键科学问题之一。由于超低摩擦效应,岩体平衡关系和约束条件被破坏,极易发生平动和转动,从而诱发岩爆、冲击地压等动力灾害,对矿山安全开采构成巨大威胁。因此,研究深部岩体超低摩擦效应对矿山安全开采及煤岩动力灾害预测与防治具有重要价值和实际应用意义。本文以花岗岩块体模型为研究对象,采用FLAC-3D数值软件对两种加载条件,即垂直冲击和水平静力共同作用、垂直冲击和水平冲击共同作用下,深部岩体超低摩擦效应进行了数值模拟,得到了模型中工作块体水平位移、法向力演变规律及块体模型垂直方向及水平方向应力的分布特征。研究表明:花岗岩块体模型在两种加载条件下,随着冲击载荷幅值增大,工作块体法向力幅值变化范围和水平残余位移均逐渐增大,从而导致了超低摩擦效应发生,并且越来越明显;随着冲击载荷频率增大,工作块体接触面法向力衰减速度增加,水平残余位移减小,超低摩擦效应不断减弱;随着开采深度增加,工作块体水平残余位移及法向力均逐渐增加,超低摩擦效应愈加明显。垂直冲击和水平冲击共同作用于花岗岩块体模型时,水平冲击载荷先于或后于垂直冲击载荷施加,法向力幅值的变化范围均增大,超低摩擦效应更趋显著。水平冲击载荷引起的水平残余位移远大于垂直冲击载荷引起的水平残余位移,因此,在接触面平行方向上的水平冲击是深部岩体超低摩擦效应主要影响因素。
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