[發明專利]掌子面裂隙水突出破壞的隔水層最小安全厚度的判識方法

有效

• 申請號: 202010066545.8
• 申請日: 2020-01-20
• 公開（公告）號: CN111274639B
• 公開（公告）日: 2022-08-26
• 發明（設計）人: 張志強;許芃;琚國權;趙萬強;梅志遠
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: G06F30/13
• 分類號: G06F30/13;G06F30/20;G06F119/14
• 代理公司: 成都高遠知識產權代理事務所(普通合伙) 51222
• 代理人: 曾克

1.掌子面裂隙水突出破壞的隔水層最小安全厚度的判識方法，其特征在于：將掌子面輪廓簡化為圓形，將隔水層視為巖梁結構，建立力學模型；通過基于尖點型突變模型的標準表達式，求出該力學模型的總勢能，建立模型勢函數表達式，通過模型勢函數表達式判識所述最小安全厚度；

所述總勢能由巖梁體在溶腔內填充物及巖溶水作用下的彎曲變形位能、系統勢能和變形過程中巖梁體兩側壓力做的功組成；由式(1)確定：

V＝U+ΔE-W (1)

式(1)中，V為系統總勢能；U為巖梁的彎曲變形位能，ΔE為系統增加的勢能，W為巖梁體兩側壓力做的功；

其中：巖梁體的撓曲方程為：

式(2)中：ω_m為隔水層中軸線處的撓度，r為隔水層任意一點到中軸線的距離，R為掌子面半徑；

掌子面前方隔水層因變形而產生的彎曲變形位能U由式(3)確定：

式(3)中：EI為巖梁體的抗彎剛度，D為隔水層厚度，ν為泊松比；

其中：所述系統勢能包括掌子面前方裂隙未擴展時的勢能與當裂隙巖體達到斷裂破壞突水狀態時的系統增加的勢能ΔE：

式(4)中：q為隔水層兩側壓力差；

根據Bernoulli能量方程得到：

式(5)中：Δh為沿程水頭損失；z₁、p₁、v₁分別為掌子面前方溶腔水位的標高、水壓和水流速度；z₂、p₂、v₂分別為突水口的標高、水壓和水流速度。其中，z₁＝z₂，v₁＝v₂＝0； 當裂隙擴展到臨界突水口時，

可得，

q＝γΔh＝p₁-p₂ (8)；

其中：所述巖梁體兩側壓力做的功由式W(9)確定：

所述模型勢函數為式(10)：

2.根據權利要求1所述的判識方法，其特征在于：將模型勢函數采用泰勒級數在r＝0處展開，忽略第三項及以后高階項后得到簡化勢函數表達式為：

基于尖點突變模型的標準表達式，對體系勢函數進行求解，即體系達到臨界狀態時滿足關系式：

得出隔水層最小厚度D為：