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采动损伤地层结构地震响应研究

刘向峰  
【摘要】:资源开采活动使矿区地层结构遭受损伤、抵抗破坏能力降低。调查表明,天 然地震、采矿诱发地震对采动损伤地层内的地下结构破坏严重。开展矿区采矿损 伤地层结构地震响应的研究,对分析采动损伤地层结构动力破坏的机理、提高矿 区地下结构的抗震能力具有重要理论意义与现实意义。本文通过理论分析与数值 模拟的方法对采动损伤地层及其地下结构的地震响应进行研究,主要内容包括: 1、 综述了地震波在地层中传播规律的研究现状,并对岩石波速及地震波在岩 石介质中衰减研究成果进行了总结。 2、 利用ADPL语言对ANSYS程序进行了二次开发,在ANSYS中实现了粘弹性 人工边界的设置及其相应的波动输入,对粘弹性人工边界的精度与稳定性进行了 验证。 3、 根据地震波在层状地层中的传播规律,编制了相应程序,对地层中软弱夹 层对地面波动的影响进行了分析。 4、 对断层出露场地和浅埋断层场地的地震响应进行了数值模拟,分析了断层 产状变化对场地震动的影响情况。 5、 进行了井下巷道地震反应的弹塑性分析,探讨了地震力作用下巷道围岩应 力状态的变化规律。对不同围岩材料的巷道在不同频率地震波激励下的响应进行 了研究,分析了围岩应力与波数之间的关系。在考虑了变围岩材料性质变化的情 况下,探讨了巷道围岩的应力响应及位移响应与埋深间的关系。 6、 将采矿煤柱及其顶底板结构简化为“哑铃”几何模型,讨论了地震波在模 型内的传播规律,指出煤柱内地震波的强度与顶底板岩石介质波速、煤体介质波 速、煤柱宽度、煤柱两侧采空区的宽度有关。 7、 根据采空区顶板岩层的结构形式的变化,建立了多种采场模型。分别探讨 了各模型在拉伸波与剪切波作用下顶板岩层的响应。


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