沖擊地壓的非線性巖梁混沌動力學分析.pdf

1、發(fā)生在許多煤礦井下開采中的沖擊地壓問題是巖石力學面對的長期懸而未決的最困難的難題之一。國內(nèi)外學者對此進行了長期研究，取得了大量的成果。由于該問題的復雜性，目前對于沖擊地壓的發(fā)生機理和條件仍不是十分清楚，距離徹底解決沖擊地壓問題仍有相當?shù)木嚯x。本文利用混沌動力學的方法對頂板系統(tǒng)的失穩(wěn)規(guī)律進行了定量分析，為沖擊地壓的研究提供新的思路和方法，為沖擊地壓的預測與防治提供一定的理論基礎(chǔ)。本文的主要研究方法和成果如下：
　　(1)通過建立夾支

2、、固支和懸臂梁體力學模型，并應(yīng)用三次非線彈性本構(gòu)關(guān)系近似模擬峰后軟化效應(yīng)，建立了模型的非線性控制方程。采用Galerkin法對控制方程進行離散，得到微分動力系統(tǒng)，利用Melnikov函數(shù)法求得了無擾動系統(tǒng)非穩(wěn)定平衡態(tài)的條件，包圍中心的閉周期軌道和擾動系統(tǒng)進入Smale馬蹄混沌的條件，并計算得系統(tǒng)通過次諧分岔進入混沌狀態(tài)；
　　(2)基于混沌理論求得了夾支梁、固支梁和懸臂梁型頂板煤層型或頂板型沖擊地壓發(fā)生的失穩(wěn)判據(jù)及失穩(wěn)的擾動條件，

3、認為頂板型沖擊地壓的發(fā)生都具有隨機性和初值敏感性的特點；
　　(3)頂板系統(tǒng)非穩(wěn)定平衡態(tài)的條件就可以成為頂板煤層型或頂板型沖擊地壓發(fā)生的判據(jù)。與頂板破斷的極限跨距做對比，建立了動靜結(jié)合的判斷頂板穩(wěn)定性的雙重判據(jù)；
　　(4)頂板穩(wěn)定性主要受拉應(yīng)力控制，通過對固支梁與懸臂梁判斷頂板穩(wěn)定性雙重判據(jù)的分析發(fā)現(xiàn)頂板的沖擊危險性與其抗拉強度密切相關(guān)，抗拉強度越小，其沖擊危險性越??；
　　(5)沖擊地壓多發(fā)生在地質(zhì)構(gòu)造帶，本文通過

4、對軸向力的分析發(fā)現(xiàn)，當存在軸向力時，巖梁的失穩(wěn)跨距明顯減小，且軸向力越大，失穩(wěn)跨距越小；
　　(6)認為應(yīng)用強度理論計算的頂板破斷的極限跨距失效的原因主要有兩個：一是煤巖材料簡化為線彈性模型，只考慮峰值強度，未考慮峰后的軟化效應(yīng)；二是計算中只考慮橫向載荷下的純彎曲，未考慮軸向力下的復合彎曲；
　　(7)根據(jù)失穩(wěn)理論思想，利用Hamilton表述方法，求得了系統(tǒng)的勢能函數(shù)，是對失穩(wěn)理論的進一步認識和發(fā)展。因此應(yīng)用混沌動力學方法