1 绪论 1
1.1 研究背景及意义 1
1.2 研究现状与存在问题 3
2 浅伏采空区围岩变形破坏特征研究 6
2.1 浅部煤层的界定 6
2.2 不同采煤方法采场上覆岩层破坏特征 6
2.2.1 全部垮落法开采顶板岩层破坏特征 6
2.2.2 留煤柱开采顶板岩层破坏特征 7
2.3 煤柱破坏失稳特征分析 8
2.3.1 煤柱的流变特性 8
2.3.2 煤柱的流变模型 8
2.3.3 煤柱破坏失稳方式分析 11
2.3.4 煤柱破坏演化过程分析 15
2.4 采空区上覆顶板岩层变形破坏分析 17
2.4.1 顶板覆岩产生离层的条件 17
2.4.2 顶板岩层力学模型的受力分析 17
2.4.3 顶板冒落后失稳分析 21
2.5 浅伏采空区变形破坏相似材料模拟实验研究 24
2.5.1 相似材料模拟理论 24
2.5.2 相似材料模拟实验方案 24
2.5.3 相似系数的确定 25
2.5.4 相似材料用量计算 26
2.5.5 实验结果与分析 28
2.6 小结 35
3 采空区半充填注浆实验研究 36
3.1 注浆扩散理论 36
3.1.1 牛顿流体在裂隙岩体中的渗流规律 36
3.1.2 宾汉流体在裂隙岩体中的渗流规律 38
3.2 注浆方法 42
3.3 注浆桩柱体强度测定 42
3.3.1 水泥＋粉煤灰＋沙＋细石浆液强度测定 43
3.3.2 水泥-粉煤灰浆液强度测定 43
3.4 注浆后桩柱体受力分析 44
3.5 采空区注浆治理设计 46
3.5.1 采空区注浆治理流程 46
3.5.2 采空区注浆参数的确定 48
3.5.3 采空区注浆效果检测 51
3.6 小结 51
4 水对采空区上覆岩体力学特性影响实验研究 52
4.1 浅伏采空区地下水的运移规律 52
4.1.1 矿区水文地质特征 52
4.1.2 导水裂隙带的形成过程 54
4.1.3 降水漏斗的形成机理 54
4.1.4 降水漏斗的变化规律 55
4.1.5 开采对地下水运移规律的影响 58
4.2 水对裂隙岩体的影响作用 66
4.2.1 水对岩体的物理作用 66
4.2.2 水对岩体的化学作用 67
4.2.3 水对岩体的力学作用 67
4.3 水对岩体力学特性影响实验研究 68
4.3.1 水对岩体抗压强度影响实验研究 68
4.3.2 水对岩体抗剪强度影响实验研究 73
4.4 水对岩体物理参数影响实验研究 77
4.4.1 密度与含水量的关系 77
4.4.2 阻尼比与含水量的关系 77
4.4.3 弹性模量与含水量的关系 82
4.4.4 内聚力和内摩擦角与含水量的关系 83
4.5 小结 85
5 水作用下浅伏采空区围岩变形破坏研究 86
5.1 水对采空区上覆土体强度准则的影响分析 86
5.1.1 非饱和土中应力状态变量分析 86
5.1.2 非饱和土的强度理论 87
5.2 水对岩体强度准则的影响分析 88
5.3 水对桩柱体稳定性的影响 89
5.4 力学模型的建立 90
5.5 桩柱体的本构关系 90
5.6 顶板岩梁的弯矩方程 90
5.7 力学模型的总势能函数 91
5.7.1 突变理论在采矿工程中的应用 91
5.7.2 力学模型总势能函数的建立 95
5.8 系统破坏失稳的力学条件 97
5.9 系统破坏失稳机理与稳定性分析 99
5.10 小结 101
6 水及动力荷载作用下浅伏采空区围岩变形破坏研究 102
6.1 列车系统振动方程及共振分析 103
6.1.1 列车系统振动方程及其变换 103
6.1.2 列车系统共振分析 105
6.2 列车-轨道-路基系统耦合动力学模型的建立 107
6.2.1 轨道结构动力学刚度矩阵 107
6.2.2 路基结构动力学刚度矩阵 109
6.2.3 轨道-路基系统整体结构动力学刚度矩阵 113
6.2.4 列车-轨道-路基系统耦合动力学模型 115
6.3 数值模拟模型的建立 117
6.4 动响应计算参数确定 118
6.5 加载及求解 119
6.6 计算结果与分析 119
6.6.1 不同跨度列车对采空区顶板竖向位移的影响 119
6.6.2 列车运行期间地表各点竖向位移分析 121
6.6.3 列车运行期间采空区上覆各岩层竖向位移分析 122
6.6.4 不同含水量采空区顶板岩层竖向位移分析 125
6.6.5 不同跨度采空区围岩应力分析 128
6.6.6 不同含水量采空区围岩应力分析 129
6.6.7 不同含水量采空区围岩应变分析 130
6.7 疲劳损伤累积评估 138
6.7.1 应力的统计评估 138
6.7.2 应力谱的计算 138
6.7.3 疲劳损伤累积评估 140
6.8 小结 142
7 结论 143
参考文献 145