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申请/专利权人：山西大同大学

摘要：本发明涉及煤矿开采技术领域，具体涉及一种覆岩断裂损伤单元体耗散能计算方法；包括将单元体能量耗散分为应力升高区的峰后能量耗散和应力降低区卸围压状态能量耗散；计算单元体应力升高区的耗散能，求出单元体应力升高区的耗散能Wd1；计算单元体应力降低区的耗散能，求出应力降低区的耗散能Wd2；计算单元体总耗散能Wd＝Wd1+Wd2。本发明以能量耗散指标定量研究覆岩采动损伤的程度和范围，将煤层直至地表的整个覆岩结构视为一个系统，不再考虑覆岩裂断损伤的内部运动及破坏过程，只分析能量耗散区的空间形态及破坏最终状态，建立了覆岩断裂损伤单元体耗散能计算方法，为确定覆岩断裂损伤范围提供依据，涵盖覆岩微裂隙发育的弹性损伤范围，提高了计算精度。

主权项：1.一种覆岩断裂损伤单元体耗散能计算方法，所述单元体为采用FLAC3D进行煤层开采数值模拟时数值模型中的单元体，其特征在于，包括如下步骤：S1：将单元体能量耗散分为应力升高区的峰后能量耗散和应力降低区卸围压状态能量耗散FLAC3D中单元体主应力σi包含三个主应力σ1、σ2和σ3，σ1＜σ2＜σ3；采用单元体某一循环时主应力状态和与其相邻的下一循环时主应力状态的平均值来表征数值模型相邻循环间单元体主应力： S2：计算单元体应力升高区的耗散能计算单元体在相邻循环之间的耗散能增量ΔWz为： 式中，Δεi为相邻循环间单元体的主应变增量；计算单元体在发生塑性破坏前相邻循环间单元体积聚的能量的增量ΔWa为： 式中，σ0为单元体原岩应力；假设运行至第n+1循环时单元体发生塑性破坏，此时单元体积聚的能量为Wa为： 假设运行至第m循环时，单元体发生塑性破坏至完全平衡状态，则在第n+1循环至第m循环内单元体总耗散的能量Wz为： 单元体存储的塑性残余能量We为： 式中，εi′与E′分别为单元体发生塑性破坏后的主应变及杨氏模量；由此求出单元体应力升高区的耗散能Wd1：Wd1＝Wz-Wa-We7S3：计算单元体应力降低区的耗散能假设数值模型运行至第v循环时单元体内部应力达到抗拉强度，达到抗拉强度前相邻循环间单元体应力降低区的耗散能增量ΔWd2为： 则应力降低区的耗散能Wd2为： S4：计算单元体总耗散能WdWd＝Wd1+Wd210。

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