块裂岩体中的三维应力传递

1、翟英达翟英达ZHAI Ying-DaZHAI Ying-Da20062006年年1212月月块裂结构岩体中的三维应力传递块裂结构岩体中的三维应力传递Transmitting of Three Dimensions Stress in Block Rock Mass 1、研究背景、研究背景采煤工作面（垛式支架）顶板中的块体结构采煤工作面（垛式支架）顶板中的块体结构采场上覆岩层赋存状况采场上覆岩层赋存状况A A 煤壁支撑影响区煤壁支撑影响区 B B 离层区离层区 C C 重新压实区重新压实区 冒落带冒落带 裂隙带裂隙带 弯曲下沉带弯曲下沉带应力传递的研究范围应力传递的研究范围2、已经发表的相关论文

2、、已经发表的相关论文块体结构岩体中的应力传递与采场基本顶结构载荷计算块体结构岩体中的应力传递与采场基本顶结构载荷计算岩石力学与工程学报，岩石力学与工程学报，Vol.23，No.10,17201723EI EI 收录收录面接触块体结构的力学特性研究面接触块体结构的力学特性研究煤炭学报煤炭学报,Vol.28,No.3,Vol.28,No.3：241241245245EI EI 收录收录3、本论文研究时的模型及有关结论、本论文研究时的模型及有关结论 z y o x 图 4.4 采场上覆岩层赋存结构模型采场上覆岩层中的块体赋存结构模型采场上覆岩层中的块体赋存结构模型xyzxyzxzhazybh研究单元

3、研究单元ooo1234A3.1 3.1 块体结构的几何参数块体结构的几何参数 从块体介质中任选一个块体作为研究对象，在下面有编号分别为1、2、3、4的块体与之接触，各块体的厚度为h，底面边长分别为a和b。以块体的底面为坐标系的平面，底面中心为坐标原点；x轴与长度为a的底边平行，其正向与块体侧面夹角为；y轴与长度为b的底边平行，其正向与块体侧面夹角为 ；z轴沿厚度方向，以向上为正。 hooA （1-a）2020122ctghbctghaoo （1-b）2020222ctghbctghaoo （1-c）2020322ctghbctghaoo （1-d）2020422ctghbctghaoo（1-e

4、）ooooarctgAii2020122ctghbctghaarctg （2-a）2020222ctghbctghaarctg（2-b）2020322ctghbctghaarctg（2-c）2020422ctghbctghaarctg （2-d）00122ctghbctghaarctg (3-a)00222ctghbctghaarctg (3-b)00322ctghbctghaarctg (3-c)00422ctghbctghaarctg (3-d)3.2 3.2 块体的受力要素块体的受力要素 作用在岩块上的力，除自身所受重力W外，还有来自周围十二个面接触块体的十二个接触力，它们分别是：来自上

5、层右外侧块体的R1、左外侧块体的R4 、右内侧块体的R2、左内侧块体的R3 ；来自岩块外侧块体的E，来自右侧块体的I ，来自内侧块体的U ，来自左侧块体的J ；来自下层左外侧块体的O4、右外侧块体的O1、右内侧块体的O2、左内侧块体的O3。在这组接触力和自身所受重力共同作用下，块体A保持平衡状态。 ZyxR4R1R2R3O1O2O3O4IUJE单个块体上受的力单个块体上受的力31133113311coscossinsinsinRRRRRRzyx (4-a)42244224422coscossinsinsinRRRRRRzyx (4-boscossinsinsinRRR

6、RRRzyx (4-c)24422442244coscossinsinsinRRRRRRzyx (4-d) iiiziiiiyiiiixOOOOOOcoscossinsinsin (5) 0zyxIIII (6)0zxyUUUU (7)0zxyEEEE0zyxJJJJ (8) (9)0yxzWWWW (10) zyxWR10R20R30I0R40U0块体所受重力的分解块体所受重力的分解SKKKWR43201SKKWR4302 (11-a) (11-b)SKKWR4203SKKWR3204SKKKKWSKKKKKWI)sinsinsinsin()sinsinsinsin(223211424443

7、334320SKKKKKWSKKKKWU)cossincossin()cossincossin(223233432444311420 (11-c) (11-d)(11-e)(11-f) zxyR10R20R30R40o平行平行oxyoxy坐标面的平面上的应力计算图坐标面的平面上的应力计算图baRRRRzzzzz04030201baRRRRxxxxzx02010403baRRRRyyyyzy03020401 类似地，可以求出作用在与oyz平行的平面上的应力分量 以及oxz坐标面分别 0041022ctgahURzyiiyy0040203012ctgahRRRRzxxxxxyx0030204012

8、ctgahRRRRzzzzzyz0041022ctgbhIRzxiixx0040203012ctgbhRRRRzyyyyyxy0020104032ctgbhRRRRzzzzzxz0022011044033041022ctgabRlRlRlRlbhnIRlxxxxiixix0033022044011041022ctgabRlRlRlRlahmURlyyyyiiyiyabRliiziz41000220110440330440220330112ctgabRlRlRlRlahRlRlRlRlxxxxxxxxyxxyabRlRlRlRlxxxxzxxz0220110440334 4 结论结论（1 1）块

9、体介质中由重力荷载引起的三维应力传递规律是地下采）块体介质中由重力荷载引起的三维应力传递规律是地下采矿工程中采场上方裂隙带岩层应力场分析的理论基础。矿工程中采场上方裂隙带岩层应力场分析的理论基础。（2 2）在三维块体结构岩体中）在三维块体结构岩体中, ,重力荷载作用下某块体中的应力重力荷载作用下某块体中的应力除与结构中块体的容重、块体的长、宽、高以及块体破断角这除与结构中块体的容重、块体的长、宽、高以及块体破断角这些几何参数有关外些几何参数有关外, ,还和被计算块体与其上方相邻块体形心连线还和被计算块体与其上方相邻块体形心连线方向的块体数量密切有关。方向的块体数量密切有关。（3 3）确定块体介质中应力三维传递规律的关键之一）确定块体介质中应力三维传递规律的关键之一, ,是确定介是确定介质中单个块体的自重在不同方向的重力分解系数，它们往往和质中单个块体的自重在不同方向的重力分解系数，它们往往和块体所在岩层的倾向、倾