煤礦采空區(qū)的地震動力響應(yīng)特性分析.pdf

1、我國煤礦礦區(qū)大多位于強震區(qū)，煤礦采空區(qū)地震動力反應(yīng)分析是抗震設(shè)計和防震減災(zāi)的重要技術(shù)參考。目前對煤礦采空區(qū)地震動響應(yīng)的機理和規(guī)律研究較少，工程規(guī)范中對地震動荷載作用的影響也很少考慮。本論文研究的目的在于初步揭示了煤礦采空區(qū)的地震動力響應(yīng)特性，為煤礦工程抗震設(shè)計提供技術(shù)參考。
　　為此，本論文利用波動理論分析和動力學數(shù)值模擬，針對地震動荷載下煤礦采空區(qū)的動力響應(yīng)進行了研究。
　　(1)基于波動理論對煤礦采空區(qū)的應(yīng)力波傳播特性展

2、開研究，逐一對應(yīng)力波斜入射自由面、節(jié)理面的透反射特性及其采空區(qū)表面波隨深度的衰減規(guī)律進行了力學分析。并全面敘述了動力學分析的原理、顯式動力學數(shù)值計算方法、煤礦采空區(qū)動力學分析的建模和數(shù)值模擬的相關(guān)技術(shù)細節(jié)。
　　(2)基于數(shù)值模擬研究了三種不同形式動荷載（脈沖荷載、諧波荷載、實測地震波）作用下煤柱的動力穩(wěn)定性及其影響因素（煤柱高徑比、地質(zhì)力學參數(shù)、單分量與多分量動荷載輸入）的基本規(guī)律。脈沖荷載作用下煤柱動力反應(yīng)的峰值出現(xiàn)在脈沖荷載

3、結(jié)束時。不同頻率的諧波作用下煤柱呈現(xiàn)出相似的動力特性，但速度峰值卻隨諧波頻率的增大而減小。脈沖荷載和諧波作用下煤柱的水平向動力反應(yīng)峰值隨柱高向上逐漸減小，豎向動力反應(yīng)的峰值隨柱高的變化并不大。
　　(3)建立高地應(yīng)力下煤柱的動力反應(yīng)方程并解析求解，初步探討了高地應(yīng)力下的煤柱在地震動作用下的力學特性。對于同樣的動荷載作用，煤柱的動力穩(wěn)定性與地應(yīng)力直接相關(guān)，強烈的地震動作用和高應(yīng)力狀態(tài)共同導致煤柱的失穩(wěn)破壞。基于數(shù)值模擬研究強震作用下

4、煤礦采空區(qū)的動力特性及其影響因素。通過對動力反應(yīng)的峰值和頻譜分析發(fā)現(xiàn)不同采深對采空區(qū)的動力響應(yīng)有顯著影響。由于采空區(qū)對地震波傳播和反射的影響，采空區(qū)地表的動力響應(yīng)呈現(xiàn)出相似的時程曲線，但對特定頻率組分的放大系數(shù)不同。
　　(4)初步計算和分析了不同的采空區(qū)傾斜、采深對采空區(qū)地表地震動峰值的影響。采空區(qū)地表地震動峰值與地震波的頻譜特性、地層巖性和采空區(qū)的傾斜和采深等因素緊密相關(guān)。煤礦采空區(qū)地表的地震作用力計算應(yīng)考慮采深和采空區(qū)傾斜度