弹性梁与断裂力学：煤层底板导升突水机理解析

本文主要探讨了煤层底板导升突水的机理研究，作者张风达、孟祥瑞和高召宁针对这一问题进行了深入的学术探讨。他们首先将底板隔水层简化为一个弹性梁，这是一种数学模型，用于模拟实际地质结构中的行为。在考虑了承压水的作用后，他们利用材料力学的原理，分析了采场隔水层底部从压缩区域向卸压膨胀区域过渡的岩体，发现在这个区域的岩体最易受到损伤和破坏。 接下来，损伤力学理论被引入，以理解当压力变化引发的损伤达到临界值时，即临界损伤变量Dc，可能导致突水事件的发生。这种理论有助于识别潜在的薄弱环节，为防止突水提供了重要的预警指标。 作者还运用断裂力学理论构建了一个模型，重点研究了承压水导升裂纹端部的应力集中现象。他们开发了计算公式来量化这种应力集中效应，这对于理解裂纹扩展的动态过程至关重要，因为应力集中常常是导致材料破裂的关键因素。 最后，作者从损伤断裂能量的角度出发，探讨了初始宏观裂纹形成的损伤断裂能量释放率。通过简化参数，他们建立了一个计算公式，揭示了初始裂纹损伤断裂能量释放率与其各个影响参数之间的关系。这项研究的结果对于评估和预测底板突水的风险，以及制定相应的防治措施具有重要的理论指导意义。 本文不仅提供了煤层底板导升突水的物理力学模型，还通过实验和理论分析，为相关领域的科研人员和实践工作者提供了实用的工具，以更好地理解和控制底板突水这一复杂地质过程。