沖擊地壓的非線性巖梁混沌動力學(xué)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(xué)面對的長期懸而未決的最困難的難題之一。國內(nèi)外學(xué)者對此進(jìn)行了長期研究，取得了大量的成果。由于該問題的復(fù)雜性，目前對于沖擊地壓的發(fā)生機(jī)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(dāng)?shù)木嚯x。本文利用混沌動力學(xué)的方法對頂板系統(tǒng)的失穩(wěn)規(guī)律進(jìn)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(yù)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(xué)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(jìn)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(jìn)入Smale馬蹄混沌的條件，并計(jì)算得系統(tǒng)通過次諧分岔進(jìn)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(rèn)為頂板型沖擊地壓的發(fā)生都具有隨機(jī)性和初值敏感性的特點(diǎn)；
　　(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(xiǎn)性與其抗拉強(qiáng)度密切相關(guān)，抗拉強(qiáng)度越小，其沖擊危險(xiǎn)性越小；
　　(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(dāng)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?。?br>　　(6)認(rèn)為應(yīng)用強(qiáng)度理論計(jì)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(qiáng)度，未考慮峰后的軟化效應(yīng)；二是計(jì)算中只考慮橫向載荷下的純彎曲，未考慮軸向力下的復(fù)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(jìn)一步認(rèn)識和發(fā)展。因此應(yīng)用混沌動力學(xué)方法