某宝玉石矿层状围岩材料模型构建及其采场稳定性研究

摘要

贵州东部的某宝玉石矿为薄层状矿体，矿体围岩为板岩，采矿方法为嗣后充填法。为兼顾采场安全和开采效率，针对板岩的各向异性特性，设计室内物理力学试验方案，并结合纵波测试方法，分析板岩中层理面的特性。通过改变板岩试样层理面与剪切加载方向的组合关系，观察该板岩的破坏模式，获取板岩的剪切强度等参数。运用数值模拟的方法，对比试验中的剪切加载情况，构建层状岩体的材料模型，并将该计算模型结合折减的岩体参数用以分析层状岩体的地下采场稳定性。论文获得了以下的研究结果：
　　（1）位于贵州东部的板岩，层理之间大的矿物颗粒较少，泥质微粒较多，层理面平滑且分布均匀，排列整齐且黏结紧密。剪切试验中运用摩尔库伦准则进行拟合，岩样层理面与加载方向平行时，黏聚力C和内摩擦角φ分别为7.394MPa和11.96°；层理面与加载方向平面垂直时，C和φ分别为10.965MPa和9.18°。
　　（2）基于室内剪切试验的结果，运用ABAQUS软件验证试样受载情况下的应力响应规律，结果显示节理材料模型能较好的反映试样各加载情况下的破坏模式，构建了可反映含层理面板岩特性的数值材料模型。
　　（3）通过对不同宽度下倾角为20°的采场进行数值计算分析，获得采场的极限宽度为9m，增大采场宽度，其上部边角处塑性流动范围及剪应力增长明显，在此过程中，拉应力增大区域集中在采场上部两侧，此时，顶板中部的垂直变形量增幅达41.9％，达到变形极限后将优先从中部发生断裂。
　　（4）保证采场布置方向和层理面平行情况下，考虑倾角可能在0°～30°之间，增大倾角过程中，剪应力增大了4倍之多，此时高应力区逐渐向采场的上部边角处集中，且上部边角处塑性区明显扩大。对于顶板的稳定性，倾角较小时，应注意控制顶板中部的垂直变形量，而倾角较大时，顶板边角处将优先发生剪切破坏。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 研究内容及技术路线

1.4 本章小结

第2章 层状板岩物理力学性质实验

2.1 概述

2.2 板岩成分及层理面结构研究

2.3 试验方案及试验设备

2.4 室内试验结果分析

2.5 本章小结

第3章 层状板岩力学特性数值模拟研究

3.1 引言

3.2 节理材料数值模型

3.3 数值模型验证试验

3.4 本章小结

第4章 层状围岩采场稳定性研究

4.1 概述

4.2 岩体参数折减计算

4.3 数值计算过程

4.4 不同采场尺寸下的稳定性比分析

4.5 不同层理面角度下的采场应力变形响应分析

4.6 本章小结

第5章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及成果