發(fā)布時間：2018-05-01 16:16

  本文選題：巖石 + 熱-固耦合��； 參考：《西南科技大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：溫度變化會使巖石等脆性材料產(chǎn)生熱應(yīng)力,當(dāng)熱應(yīng)力超過巖石自身的強度極限,就會使巖石產(chǎn)生破裂,這就是巖石熱破裂現(xiàn)象。巖石熱破裂會引起采礦工程安全問題。如在煤炭地下氣化過程中,氣化爐的爐壁圍巖受到高溫作用,使氣化爐壁圍巖范圍內(nèi)的應(yīng)力場發(fā)生變化,導(dǎo)致圍巖在熱應(yīng)力作用下發(fā)生破裂,嚴(yán)重時會形成冒頂。因此,開展巖石破裂的熱-力耦合問題研究對采礦工程具有重要意義。本文基于拉張破壞理論,實現(xiàn)了拉張破壞有限元模型建立,并針對含軟弱夾層邊坡,考慮夾層埋深、傾角、厚度、邊坡傾角4種因素對邊坡破壞過程的影響,設(shè)定4種工況來進(jìn)行邊坡破壞過程數(shù)值模擬,分析了邊坡在4種工況下坡體內(nèi)裂紋擴展過程和第一主應(yīng)力演變過程,為實際邊坡工程防護提供參考。結(jié)合拉張破壞和熱傳導(dǎo)相關(guān)理論,建立了具有熱-固耦合作用的熱破裂數(shù)值模型,并利用存在解析解的厚壁圓筒算例驗證該模型正確性。運用厚壁圓筒和內(nèi)嵌顆粒計算模型,研究了巖石由溫度梯度和熱膨脹系數(shù)不同產(chǎn)生的熱應(yīng)力作用下破壞模式。模型計算結(jié)果與試驗結(jié)果有較好的一致性,為分析巖石的熱破壞過程和機制提供了一種新的有限元方法。
[Abstract]:The change of temperature will cause the thermal stress of brittle materials such as rock. When the thermal stress exceeds the strength limit of rock itself, it will cause the rock to break, which is the phenomenon of rock thermal fracture. Rock thermal rupture will cause safety problems in mining engineering. For example, in the process of underground coal gasification, the wall rock of gasifier is affected by high temperature, which changes the stress field in the surrounding rock of gasifier wall, resulting in the fracture of surrounding rock under the action of thermal stress, and the roof fall when serious. Therefore, the study of thermal-mechanical coupling of rock fracture is of great significance to mining engineering. Based on the tensioning failure theory, the finite element model of tensile failure is established in this paper. The influence of interlayer depth, dip angle, thickness and slope dip angle on slope failure process is considered for the slope with weak intercalation. The numerical simulation of slope failure process is carried out under four working conditions, and the process of crack propagation and the first principal stress evolution in slope under four conditions are analyzed, which provides a reference for practical slope engineering protection. Combined with the theory of tensile failure and heat conduction, a thermal fracture numerical model with thermal-solid coupling is established, and the validity of the model is verified by an example of thick wall cylinder with analytical solution. The failure mode of rock under the thermal stress caused by temperature gradient and coefficient of thermal expansion is studied by using the calculation model of thick wall cylinder and embedded particles. The model results are in good agreement with the experimental results, which provides a new finite element method for the analysis of the thermal failure process and mechanism of rock.
【學(xué)位授予單位】：西南科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TD311

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本文編號：1830131