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专利号: 2015101666762
申请人: 江西理工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 计算;推算;计数
更新日期:2023-12-11
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种采空区顶板稳定性判别方法,其特征是:包括如下步骤:第一步:对采空区顶板稳定性安全系数进行定义,将其定义为顶板覆岩实际剪切强度和抗拉强度的比值与折减之后临界破坏的剪切强度和抗拉强度的比值之比;根据岩石材料物理力学特性,参考《工程岩体分级标准》(GB50218-92)和《岩土工程勘察规范》确定岩体工程力学参数密度γ、弹性模量E、黏聚力c、摩擦角 泊松比μ、抗拉强度σb;

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第二步:运用FLAC 有限差分程序,对顶板黏聚力、内摩擦角和抗拉强度进行折减,以采空区顶板中央张拉性塑性区贯通作为临界破坏判别标准;

将采空区覆岩黏聚力c、内摩擦角 值同时除以一个折减系数Fs,得到一组新的强度参数值:见下面式(1)、(2)、(3),利用折减后的虚拟抗剪强度指标CF和 取代原来的抗剪

3D

强度指标c、 代入FLAC 计算程序进行研究分析;

CF=C/Fs (1)

式中CF——折减后岩体虚拟的黏聚力,单位MPa;

——折减后顶板岩体虚拟的内摩擦角,单位°;

τfF——折减后的抗剪强度,单位MPa;

第三步:采用二分法遍历搜索出符合收敛条件的安全系数,通过不断地调整折减系数Fs,直到采空区顶板达到临界破坏垮塌,此时对应的折减系数Fs即为其安全系数,以此实现采场空区顶板是否稳定的定量评价;

二分法遍历搜索符合收敛条件的安全系数,其计算过程如下:(一)采用二分法搜索强度折减安全系数,计算过程中的精度控制k2-k1≤0.02;

(1)设置安全系数的初始最小值k1,初始最大值k2,分别作为二分法的下限和上限;

(2)搜索中值k=(k1+k2)/2,k即为此循环步的强度折减安全系数;

(3)以k值同步更新岩石材料强度参数,进行静力学计算;

(4)此时如果岩石发生破坏,将二分法的上限设为k,下限不变;反之将二分法的下限设为k,上限不变;

(5)根据新设定的二分法上下限,循环重置最小值、最大值、中值,更新材料参数进行静力计算,直至满足精度k2-k1≤0.02;

(二)得出强度折减安全系数k=(k1+k2)/2,搜索计算结束。

2.根据权利要求1所述的一种采空区顶板稳定性判别方法,其特征是:安全系数具体计算分析过程如下:(一)假定最小安全系数为1.0,取初始粘聚力15.0MPa,抗拉强度7.5MPa,内摩擦角

45°,进行静力学计算,不发生破坏;

(二)假定最大安全系数为5.0,按强度折减法原理进行强度参数计算,发生破坏;

(三)对1.0~5.0之间的安全系数采用二分法进行多循环步搜索;

(1)设置安全系数的初始最小值k1=1.0,初始最大值k2=5.0,分别作为二分法的下限和上限;

(2)搜索中值k=(k1+k2)/2=(1.0+5.0)/2=3.0,以k=3.0值同步更新岩石材料强度参数,进行静力学计算,不发生破坏;

(3)搜索中值k=(k1+k2)/2=(3.0+5.0)/2=4.0,以k=4.0值同步更新岩石材料强度参数,进行静力学计算,发生破坏,说明安全系数介于3.0~4.0之间;

(4)循环迭代计算,更新材料参数进行静力计算,监测岩石材料破坏情况,直至满足精度k2-k1≤0.02;

(四)搜索出强度折减安全系数k=3.48,取三位有效数字,计算结束。