基于有限元RFPA^(2D)数值模拟对上行开采可行性研究与应用

慈林山煤矿分上下可采煤层9号煤层和15号煤层,目前15号煤层局部已采完,造成上覆岩层产生移动,对上部9号煤层有一定的影响。为分析9号煤层的开采可行性,以慈林山煤矿的15号煤层为工程背景,采用RFPA^(2D)数值试验系统,建立15号煤开采的数值计算模型,动态分析15号煤层开采过程中上覆岩层及采煤面前后方上覆岩层破坏规律,得出9号煤层处于15号煤层裂隙带与弯曲下沉带的交界处的结论,分析认为9号煤层在15号煤层开采稳定后,可以进行开采,最终得出可以对9号煤层正常进行开采,并进行了工业性实践。通过对9号煤层正常开采时的超前压力数据进行监测分析,表明该围岩压力满足矿井的正常生产需要。

基于RFPA-3D的煤层钻孔水力压裂裂缝扩展规律数值模拟

水力压裂裂缝的几何形态是评价压裂效果的主要因素,煤层受割理、层理和天然裂隙的影响,非均质性较强,对于垂向主应力、最大水平主应力和最小水平主应力共同影响下的煤层水力压裂缝扩展规律还未形成系统认识。利用RFPA-3D数值模拟软件,研究非均匀分布的硬煤层和软煤层,在垂向主应力不变,不同水平主应力差下水力压裂三维裂纹的扩展过程和延伸规律,研究发现硬煤层水平主应力差接近时,水力压裂缝在煤层中延伸没有优势方位,形成网状缝;水平主应力差较大时,水力压裂缝主要沿最大水平主应力方向扩展,其他分支裂缝初始阶段沿着最小水平主应力方向延伸,随后逐渐向最大水平主应力方向靠拢。软煤层水力压裂初始阶段,注入段附近煤层以井筒为中心向四周挤压,煤层被挤压形成一个“大肚子”区域,待煤层挤压到一定程度,煤层开始起裂、裂缝扩展;水平主应力差接近时,注入段煤层压实后,起裂形成网状缝;水平主应力差较大时,注入段煤层压实后,压裂缝沿最大水平主应力方向以及与最大水平主应力方向成45°夹角方向产生两条优势裂缝。研究成果在安徽芦岭井田Y-01煤层气水平井组进行应用,日产气突破10000 m^(3)。

基于RFPA的岩体边坡稳定性分析

为研究露天采场岩体边坡破坏模式,以某露天矿采场边坡为工程背景,采用RFPA对1-1剖面、2-2剖面进行自然工况和加固工况下的边坡数值模拟。结果表明:2个典型剖面内部岩体以剪切破坏为主,在边坡下方F5断层、X煌斑岩脉与F2断层交叉部位产生大量剪切破坏,形成以F5断层为上盘,边坡岩层分界线和F2断层为下盘的潜在滑动大块体;边坡经过锚索加固措施后,可以改善边坡的局部与整体稳定性。

RFPA离心机法在岩土工程破坏分析中的应用研究

随着我国经济建设和基础设施建设的快速发展,工程建设规模不断扩大。由于地质条件复杂、施工技术水平低等原因导致了大量的边坡失稳事故发生,造成巨大损失。因此对边坡稳定性进行评价显得尤为重要。目前常用的边坡稳定性计算方法有极限平衡法、数值模拟法以及强度折减有限元法三种。其中极限平衡法是最为简单实用的一种方法,但该方法需要假定滑动面形状及位置,且无法考虑到应力路径变化引起的滑带抗剪强度参数的改变;而数值模拟法虽然可以较好地反映实际情况,但其建模过程比较繁琐,耗时较长;强度折减有限元法则能够较为真实地模拟出边坡的受力状态,并可通过调整折减系数来获得不同工况下的安全系数,从而得到更为合理的结果,因而被广泛用于边坡稳定性分析之中。然而传统的强度折减有限元法存在收敛速度慢、易出现不收敛现象等缺点,这就限制了它的进一步推广与使用。为此本文提出了基于改进的强度折减有限元法(RFPA)的边坡稳定性分析方法,以期克服上述两种方法的不足之处。主要内容如下:首先介绍了国内外关于边坡稳定性分析方法的现状及其优缺点,然后详细阐述了强度折减有限元法基本原理,包括屈服准则的确定、塑性区贯通判据的选取、刚度退化规律的建立以及强度折减因子的选择四个方面。接着针对强度折减有限元法所固有的缺陷——收敛问题展开讨论,分别采用位移增量控制法和节点力加载方式对原算法加以改进,使得新算法具有更快的收敛速率和更高的精度。最后结合具体算例验证了改进后的强度折减有限元法的可行性和有效性。

节理岩质边坡变形破坏的RFPA模拟分析

利用基于强度折减法的RFPA-Slope,对节理岩质边坡的稳定性进行了模拟分析,直观地得到了坡体的滑移破坏面,同时求得安全系数·研究了岩体中节理贯通率、几何位置、倾角以及节理间岩桥长度等因素对边坡变形破坏模式、安全系数大小的影响,证明了节理是控制岩质边坡破坏的主要因素·RFPA-Slope对节理岩质边坡破裂过程的模拟对于理解边坡的破坏形成机理具有重要意义,算例的模拟分析说明RFPA-Slope能够较为准确地预测节理边坡潜在破坏面的形状与位置及相应的稳定安全系数,对于复杂的边坡稳定性分析是实用的·

岩土破裂过程分析RFPA离心加载法

将离心加载算法引入到岩石破裂过程分析RFPA系统中,形成了RFPA离心加载法(RFPA-Centrifuge)。RFPA-Centrifuge的应力分析采用有限元基本算法,满足静力平衡、应变相容及岩土体的非线性应力–应变关系;秉承了RFPA系统的破坏分析功能,并且同样考虑材料细观非均匀的影响,对边坡等难点问题进行分析时,不需对滑动面或破坏区域做任何预先假定。通过对垂直土坡离心物理试验、倾斜的土坡、含两组平行节理岩质边坡和不同截面形状隧道的数值试验,证明该法可以直观、逼真地获得岩土结构的破坏区域或滑移破坏面,同时求得安全储备系数,分析结果与物理的试验和有限元强度折减法均比较一致。RFPA-Centrifuge不仅回避了强度折减法中有关力学参数复杂的折减规则,还克服了强度折减法难以用物理试验进行相互验证的不足,因而是一种极具前景的岩土工程稳定性分析方法。

煤岩组合体破坏过程RFPA^(2D)数值模拟

为研究不同组合条件下煤岩组合体的力学特性及破坏过程,使用RFPA^(2D)软件,采用位移加载方式,对不同倾角、围压下的煤岩组合体进行数值模拟,研究单轴和三轴条件下不同煤岩组合体的破坏机制,分析了围压、倾角对煤岩组合体强度的影响.研究表明:单轴压缩时煤岩组合体的强度接近煤体的单轴破坏强度.三轴压缩时煤岩组合体的强度随着倾角的增大先缓慢降低后迅速降低.围压越大组合体强度越高,但强度提高值随着围压的增大降低.煤岩组合体的内摩擦角随着倾角的增大减小,内聚力随着倾角的增大均先增大后减小.组合体单轴压缩破裂情况基本相同,破坏基元主要分布于煤体中,三轴压缩时组合体的破裂出现了3种情况.

岩石破裂全过程分析软件系统RFPA^(2D)

岩石破裂全过程分析软件系统ＲＦＰＡ２Ｄ唐春安赵文（东北大学岩石破裂与失稳研究中心沈阳１１０００６）数值计算已被学术界和工程界广泛接受作为一种力学状态的分析工具，用于岩石力学数值计算的有限元、边界元、离散元、刚体元、流形元、有限差分等数值计算方法，促进...

基于RFPA^(2D)的顶板诱导崩落时变效应数值模拟

以铜坑矿92#矿体T112-T115顶板诱导崩落试验矿段为研究对象,通过RFPA计算分析了顶板诱导崩落过程的时变效应,发现在顶板可稳最大的暴露空区面积为4500m2;在第四矿段回采后,顶板围岩极大的弱化和冒落,影响顶板高度达到48m。为了保证生产安全条件,人工诱导崩落顶板必须在回采第四步矿段后进行,其人工诱导顶板的安全高度为50m。结果表明,在一定的连续回采采空区的空间条件下,运用局部人工干扰诱导顶板围岩致裂,可以有效形成顶板诱导失稳崩落。

基于RFPA-SRM的露井联采边坡稳定性研究

文章结合平庄西露天矿工程实际,基于强度折减法,应用RFPA-SRM分别模拟了单一露天开采条件下和露井联采条件下边坡岩体的变形破坏过程,计算了2种条件下边坡的稳定性。通过对模拟结果进行分析研究表明:相对于单一露天开采来说,露井联采时边坡大范围岩体的剪应力升高,变形加剧,内部产生新的裂隙,和原有裂隙相互连通致使岩体强度显著弱化,边坡稳定性下降;应力环境的改变是露井联采边坡稳定性下降的根本原因。

煤岩组合体冲击倾向性的RFPA^(2D)数值模拟

通过对不同岩石组成的煤岩体在不同煤岩高度比例和不同组成倾角条件下的数值模拟,探讨不同因素对煤岩体冲击倾向性的影响。模拟结果表明,煤岩体中岩石强度越高,试样的强度随着岩石高度比例的增加增长得越快,组合试样的弹性模量也越高。煤岩体的冲击能量指数随着煤岩组合体间角度的增大而减小,并且随着倾角的增加,石灰岩煤组合体和粉砂岩煤组合体峰后塑性变形明显。

基于RFPA的首采面运输顺槽支护方案优化模拟研究

用RFPA软件对某矿首采面运输顺槽设计支护方案进行数值模拟,得出巷道的应力状态及破坏时巷道顶板及两帮的移近量。通过对比分析判断出最佳支护方案,为矿井支护方案设计最优化选择提供依据。

基于RFPA的露井联采下边坡破坏机理分析

为了研究露井联合开采条件下的岩层活动规律,对边坡破坏机理进行深入分析,根据某矿露井联合开采的技术条件和岩土体力学性质等参数建立数值计算模型,运用真实破裂过程分析软件(RFPA)对边坡岩体随工作面推进时的变形、破坏情况进行了数值模拟。通过对不同平盘位移量的分析,验证了水平煤层露井联采条件下边坡岩体破坏规律存在3个破坏分区。根据分区情况对边坡岩体的破坏特征进行分析,进而对整个边坡的稳定性进行评价。

基于RFPA2D的岩石尺寸效应试验

研究高径比不同变化趋势对岩石尺寸效应的影响,考虑到岩石材料的非均质性,应用岩石破裂过程分析系统RFPA2D,对不同变化趋势下的岩石样本,进行了单轴压缩下的数值模拟研究,并对数值模拟结果进行试验验证.结果表明:岩石的变形模量和弹性模量随高径比的增大而呈现非线性减小;在小高径比时岩石的破裂形式较复杂,在大高径比时,呈劈裂破坏和剪切破坏;岩石抗压强度随高径比的增大呈增大趋势.该成果对岩石尺寸效应有一定指导意义,便于为工程提供可靠岩石信息.

基于RFPA^(-2D)的岩溶陷落柱形成机理数值模拟

以潞安矿区岩溶陷落柱发育地质条件为基础,基于RFPA^(-2D)数值模拟系统,研究岩溶陷落柱的形成机理,分析不同因素影响下的岩溶发育状况,并对研究区域地下水及地质构造对岩溶陷落柱发育的影响进行模拟。模拟结果表明:含水层水头压力不变,裂隙发育越好,岩溶作用越强;裂隙发育程度相同,含水层水头压力越大,越有利于岩溶发育。依此结果为依据,分析了岩溶陷落柱的形成机理:形成岩溶陷落柱的基础是具有相对较大的可溶性岩层厚度和面积,动力条件是地下水的溶蚀,因地质构造在一定程度上对含水层的补、径、排关系起控制作用,地质构造控制着岩溶陷落柱在空间上的分布。

立井井筒掘进工作面煤与瓦斯突出RFPA仿真模拟研究

通过建立立井井筒物理力学模型,运用RFPA2D对立井井筒掘进工作面煤与瓦斯突出过程进行模拟,再现井筒揭煤时煤与瓦斯突出过程,分析所得图表,总结立井井筒掘进工作面煤与瓦斯突出的一些规律,为立井井筒揭煤制定合理有效的煤与瓦斯突出防治措施提供理论依据。

流固耦合作用下节理岩质边坡失稳过程的RFPA模拟分析

利用基于强度折减法的RFPA-Slope对渗流与应力耦合作用下的软弱互层岩质边坡稳定性进行了数值模拟分析,数值模拟不但直观形象地给出了边坡的渗流场、应力场、破坏区分布,而且得到了边坡滑移破坏面的萌生、扩展、贯通以及坡体整体失稳的渐进破坏过程,同时求得安全系数。并与无地下水的稳定性作了比较,结果表明,地下水渗流的作用使坡体位移增大,边坡安全系数减小,明显加大了滑坡范围。对实例的分析说明,RFPA-Slope能够较为准确地预测边坡潜在破坏面的形状与位置及计算相应的稳定安全系数,本文方法对于边坡,特别是对于复杂边坡的稳定性分析具有实用性。

RFPA^(2D)软件的数据结构优化及其存储组织

由东北大学开发的岩石破裂全过程分析系统RF PA2D(RockFailureProcessAnalysis),能够较好地模拟岩石裂 纹扩展的全过程,但其运行速度还不如人意。深入地分析了 RFPA2D软件的数据结构,针对各元素的存储仅限于单个结 构的缺陷,提出分两个结构存储元素数据,结合运用内存与 磁盘,谋取速度与容量间最佳状态的解决思路。

RFPA-SRM在边坡稳定性分析中的应用研究

结合扎泥河露天矿工程实际,基于强度折减法,应用RFPA-SRM模拟了边坡岩体的变形破坏过程,计算了稳定性。通过分析数值模拟结果,研究了边坡岩体的变性特征及滑坡模式。为提出合理的滑坡防治措施提供科学依据。

地下空间对喀什高台边坡稳定性影响的RFPA强度折减分析

以喀什高台民居边坡为例,使用RFPA-SRM对高台边坡稳定性进行了研究.数值模拟表明高台边坡土体在复杂应力作用下处于单元损伤→裂隙扩张发育→破裂区域渐进贯通→地下空间局部坍塌或边坡滑移失稳的动态变化中.结果表明,当土体单元强度折减为原始强度的70％时,人防地道顶部坍塌失稳和建筑物开裂;当土体单元强度继续折减为原始强度的68％～66％时,边坡内部滑动区域形成贯通,并引起滑动体及其影响范围内的建筑物整体失稳向下滑动.