考虑卸荷作用的底板突水破坏机制研究

摘要

在依据摩尔图解及断裂力学理论对底板卸荷突水破坏分析的基础上,运用损伤断裂力学并结合统一强度理论,建立了考虑渗透水压作用下分支裂纹端部形成的塑性区范围计算方程与岩体发生贯穿破坏时的损伤阀值。将裂纹扩展过程与岩体损伤耦合起来,确定了裂纹的损伤断裂能量计算公式并分析了其影响因素。结果表明:侧压系数λ=0.5时,最大主应力完全卸荷状态下裂纹端部应力强度因子比双轴应力状态下大,岩体易发生破坏。考虑了裂纹端部塑性区的影响,裂纹损伤断裂能量相比于不考虑其影响时偏大,增大了煤层底板突水的危险性。裂纹损伤断裂能量G_1与裂纹半长a、裂纹面连通面积与总面积之比α、裂纹面渗透水压p及最小主应力σ_3呈正相关,与裂纹面摩擦系数f及岩体的弹性模量E呈负相关。分析结果为底板突水破坏机制研究提供了一定的参考依据。