异质复合岩体破裂结构效应及穿层锚固机理研究

　　矿山顶板、煤层、底板构成一个复合承载系统，由于开挖及开采扰动诱发的顶板垮落、片帮、工作面闭合等灾害实际上是由若干不同力学特性的地质体相互作用表现出的整体力学行为。《异质复合岩体破裂结构效应及穿层锚固机理研究》针对岩-煤复合岩层破裂结构效应及锚固机理，开展了如下工作：开展了不同结构效应煤-岩组合体（R-C）的单轴压缩变形与破坏特性试验，揭示了结构体的损伤破裂行为以及UCS（单轴抗压强度）、MFIS（宏观破坏起裂应力）等指标的演化规律；推演了岩-煤接触面附近两体应力状态和三轴抗压强度解析式，揭示了刚度、接触面倾角以及应力状态水平对两体强度的影响；采用变形能等效理论，考虑煤、岩界面的黏结强度，构建了岩-煤复合结构的压剪破坏准则，揭示了含界面异质复合岩体的强度特征；构建了岩-煤-岩三元体串联数值计算模型，揭示了界面位移法向突跳现象以及三元体的破裂特征；基于松散介质极限平衡理论和变参数微元分析模型，考虑煤帮-岩层耦合效应，提出了煤帮极限平衡区宽度及区域应力分布计算方法；基于结构力学方法构建了穿层锚固的结构力学模型，推演了锚杆抗剪能力指标与特征角（锚固角、摩擦角、剪胀角、偏转角）以及锚杆几何和物理参数之间的定量函数关系；考虑黏结层塑性损伤，构建了硬-硬、硬-软、软-硬和软-软四种不同结构恒定法向载荷下加锚直剪有限元数值模型，揭示了不同组合下锚固系统荷载传递规律以及锚杆、黏结层以及岩层的失效机制。《异质复合岩体破裂结构效应及穿层锚固机理研究》可供从事矿山工程、岩土工程、水利水电工程、隧道工程等专业的研究生、本科生及相关研究领域的科技工作者和工程技术人员参考使用。

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第1章 绪论
1．1 研究背景及意义
1．2 国内外研究现状分析
1．2．1 煤-岩组合体力学行为研究
1．2．2 复合岩层界面效应研究
1．2．3 煤柱极限平衡区分析
1．2．4 复合岩层锚固效应研究
1．3 存在的问题及主要研究内容
第2章 岩-煤组合体单轴压缩破裂结构效应试验
2．1 试验系统和方法
2．1．1 试样制备
2．1．2 试验系统
2．2 不同岩煤高比下R-C结构体强度特性及破裂机制
2．2．1 R-C结构体试样强度试验结果
2．2．3 不同岩煤高比下R-C结构体MFI特征
2．2．4 不同岩煤高比下R-C结构体破坏特征
2．3 不同岩性顶板下R-C结构体强度特征
2．3．1 不同岩性顶板岩石、煤样单轴力学性质
2．3．2 不同岩性顶板下R-C结构体试样强度试验结果
2．3．3 不同岩性顶板下R-C结构体MFI特征
2．3．4 不同岩性顶板下R-C结构体破坏特征
2．4 本章小结
第3章 复合岩层界面应力传递机理及强度准则
3．1 岩煤组合体变参数微元分析模型
3．2 煤-岩界面区域两体的应力状态解析
3．2．1 界面力学模型分解
3．2．2 正应力作用下界面区域两体的派生应力
3．2．3 切应力作用下界面区域两体的派生应力
3．2．4 黏结状态下界面区域两体的应力状态
3．3 派生应力对两体强度的影响分析
3．3．1 界面区域两体的三轴抗压强度
3．3．2 岩石刚度对界面区域两体强度的影响
3．3．3 围压对界面区域两体强度的影响
3．3．4 界面倾角对两体强度的影响
3．4 煤-岩组合体的压剪破坏强度准则
3．4．1 煤-岩组合体的等效模型
3．4．2 不考虑界面效应的煤-岩组合体压剪破坏强度准则
3．4．3 界面效应对煤-岩组合体压剪破坏强度准则的影响
3．4．4 不同界面黏结强度对组合模型破坏影响分析
3．4．5 主应力与破坏方位角的对应关系
3．5 理论模型的试验验证
3．5．1 不同结构效应的煤-岩组合体强度特征讨论
3．5．2 压剪强度准则的验证
3．6 本章小结
第4章 不同强弱组合下岩-煤-岩三元模型的破裂机理
4．1 四种不同的强弱组合模式
4．2 不同组合下压缩强度理论分析
4．3 岩-煤-岩三元体压缩破坏及界面位移回弹数值模拟
4．3．1 加载模型及参数
4．3．2 本构模型的选取
……