【摘要】：針對深部開采沖擊地壓動力災(zāi)害日趨嚴(yán)重,本文利用巖體動力傳播的擺型波理論研究深部沖擊地壓的發(fā)生及防治。對塊系巖體動力傳播特征現(xiàn)象與沖擊地壓的關(guān)系進(jìn)行了理論分析。研究了塊系巖體特性對擺型波傳播衰減的影響,分析了塊系巖體的準(zhǔn)共振及超低摩擦特征現(xiàn)象誘發(fā)的沖擊地壓,同時研究了擺型波傳播過程塊系巖體與支護(hù)動力失穩(wěn)誘發(fā)的沖擊地壓。進(jìn)一步對塊系巖體中的能量傳遞與耗散進(jìn)行了理論分析。同時從理論上分析了深部沖擊地壓的防治。通過試驗研究了一維塊系巖體在沖擊作用下的動力傳播規(guī)律。得到如下結(jié)論：1擺型波傳播的主要衰減區(qū)域集中在塊系巖體的端部且低頻低速傳播。巖塊尺度越小傳播速度越慢且響應(yīng)頻率下降越快。巖塊間黏性變化時僅影響巖塊的動力響應(yīng)幅值,但彈性下降時響應(yīng)周期變大且幅值下降明顯。2針對塊系巖體的準(zhǔn)共振特征現(xiàn)象,給出了擺型波傳播過程塊系巖體的準(zhǔn)共振方程,并從理論上得到了塊系巖體的共振條件,進(jìn)而得到(準(zhǔn))共振誘發(fā)的沖擊地壓。3針對塊系巖體的超低摩擦特征現(xiàn)象,通過巖塊間的相對位移極值給出塊系巖體的超低摩擦發(fā)生判據(jù),進(jìn)而得到超低摩擦誘發(fā)的巖體錯動型沖擊地壓。4從巖體與支護(hù)的運動穩(wěn)定性角度分析了塊系巖體與支護(hù)的動力失穩(wěn),給出了塊系巖體與支護(hù)的動力失穩(wěn)判別準(zhǔn)則,進(jìn)而得到巖體與支護(hù)動力失穩(wěn)誘發(fā)的沖擊地壓。5通過建立擺型波傳播過程塊系巖體能量傳遞與耗散的數(shù)學(xué)模型,得到塊系巖體動能和勢能的轉(zhuǎn)化規(guī)律及系統(tǒng)能量的耗散規(guī)律。6針對深部沖擊地壓的防治,提出巖體與支護(hù)統(tǒng)一吸能防沖理論,給出支護(hù)端巖塊的能量控制方程。吸能防沖應(yīng)以巖體吸能為主支護(hù)吸能為輔進(jìn)行統(tǒng)一吸能防沖。7通過試驗得知巖塊間夾層性質(zhì)及夾層厚度均對擺型波傳播速度及巖塊加速度衰減影響較大,同時對頻域響應(yīng)的中心頻率和最值頻率亦有明顯的影響。8通過試驗得知局部巖塊破裂時擺型波傳播速度有所下降,同時對巖塊的加速度時-頻響應(yīng)亦有明顯的影響。
【圖文】：

題己經(jīng)迫在屑睫。逡逑Ｋｕｒｌｅｎｙａ［３，４］發(fā)現(xiàn)巖體在爆炸作用下產(chǎn)生信號交錯變化的現(xiàn)象，由此推測巖體中的動力傳逡逑播可能存在一種新的非線性彈性波稱其為擺型波。圖１．１為反１１如１１文３［５］從實測波形中分離出來逡逑的擺型波波形曲線。其中，ｆｐ和？．、．分別為繳波和橫波到法時間，為擺型波到達(dá)時間，ｒ，為擺逡逑型波記錄時間，Ｆｐ和分別為縱波和橫波波速，縱坐標(biāo)為位移幅值用電壓表示。同時，在塊逡逑系介質(zhì)沖擊響應(yīng)試驗及深部爆炸和巖爆時的波譜分析中均證明了擺型波的存在及其非線性低逡逑頻低速特性。逡逑８（＂１邋？逡逑４００邋■邐Ｉ邋汽邋Ｉ逡逑Ｈ邋ＩＯ邋－邐；邋；邋Ｉ邋，邋Ｉ邐：逡逑ｎ邋ｎ邋ｉ逡逑．kw邐邐Ｖ：邋邋邋邐－逡逑時間／ｍｓ逡逑圖１．１地下爆炸時典型的位移波形逡逑Ｆｉｇ．邋１．１邋Ｗａｖｅｆｏｒｍ邋ｏｆ邋ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ邋ｏｎ邋ｔｙｐｉｃａｌ邋ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ邋ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ逡逑關(guān)于深部巖體動力災(zāi)害研究己引起國內(nèi)外學(xué)者廣泛關(guān)注［６－１１心２７］。由于深部巖體的結(jié)構(gòu)特逡逑點、變形特點、高應(yīng)力狀態(tài)等，使其表現(xiàn)為非均勻、非連續(xù)及自平衡應(yīng)力存在狀態(tài)，由此引逡逑發(fā)的一些力學(xué)現(xiàn)象用傳統(tǒng)的連續(xù)介質(zhì)力學(xué)不能給出很好的解釋，如擺型波現(xiàn)象。同時，相對逡逑于淺部巖體工程發(fā)生了一系列新的靜力和動力特征科學(xué)現(xiàn)象，如超低摩擦、準(zhǔn)共振等，正在逡逑形成巖石力學(xué)新的分支一深部非線性巖體力學(xué)口＊］。針對深部巖體構(gòu)造特性，，ＳａｄｏｖｓｋｙＰ９］提出逡逑深部巖體等級塊系構(gòu)造理論

造層次及其成因進(jìn)行了分析。等級塊系巖體中的動力傳播會出現(xiàn)擺型波現(xiàn)象。由于經(jīng)典連續(xù)逡逑介質(zhì)力學(xué)的波動理論忽略了巖體的構(gòu)造和應(yīng)力狀態(tài)，因此無法圓滿解釋擺型波現(xiàn)象。為了在逡逑理論上解釋該現(xiàn)象，建立了自應(yīng)力受壓巖體示意圖，如圖１．２。逡逑＂＇巧呡逡逑圖１．２自應(yīng)力受壓巖體模型逡逑Ｆｉｇ．邋１．２邋Ｍｏｄｅｌ邋ｏｆ邋ｒｏｃｋ邋ｍａｓｓ邋ｏｎ邋ｓｅｌｆ－ｓｔｒｅｓｓ邋ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ逡逑在進(jìn)一步研究擺型波產(chǎn)生機理時發(fā)現(xiàn)了塊系巖體中的超低摩擦現(xiàn)象和準(zhǔn)共振現(xiàn)象。在動逡逑為傳播過程中塊體間的相對脫離變得明顯出現(xiàn)超低摩擦現(xiàn)象，同時塊系巖體的平均振動周期逡逑減小勢能轉(zhuǎn)化為動能更快進(jìn)而出現(xiàn)準(zhǔn)共振。擺型波Ｗ較低的頻率和較大的幅值在巖體中低頻逡逑低速傳播極易誘發(fā)深部巖體巖爆和沖擊地壓等動力災(zāi)害給深部地下結(jié)構(gòu)帶來嚴(yán)重影響［Ｗ。錢逡逑屯虎［８］給出擺型波對預(yù)測沖擊地壓有價值的Ｈ個臨界動力特征參數(shù)口，Ａ，并給出＜？的逡逑物理意義逡逑（Ｄ邋＝邋ａｒｃｔａｎ——－—邐（１．３）逡逑式中：＾；；為擺型波包絡(luò)線的最大幅值，／．為擺型波包絡(luò)線頂點所對應(yīng)的時間，為擺型波到逡逑達(dá)時間。因此，口表示包絡(luò)線的開角，其物理意義為擺型波衰減的快慢，它意味著巖體中產(chǎn)逡逑生相對運動的巖塊間摩擦力的大小。同時，參數(shù)Ａ和機與沖擊地壓的能量及尺度范圍有關(guān)。逡逑９，Ｐ，，e猓雀霾問喪欹米魑けǔ寤韉匱溝男畔⒉問�。辶x習(xí)諦筒ㄏ窒蠹蟹從沉松畈靠橄笛姨宓姆切鰲⒎橇ρ匭�，其传播过程的犯[咤義閑緣推檔退傯匭鑰桑字苯右⑸畈墾姨宄寤韉匱茍趾�。通过岩�

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