基于FLAC3D的石灰岩矿区岩溶塌陷数值模拟研究

矿区为露天凹陷式开采的石灰岩建材矿山,随着矿山开采以及地下水抽排,导致矿坑周边岩溶塌陷大量产生,严重影响矿山安全生产和周边群众生产生活。利用FLAC3D技术、天然电场选频法勘探和地质综合分析掌握岩溶塌陷发生机理和分布规律,研究结果表明矿坑东侧、北侧和南侧断裂构造发育;矿山生产抽排地下水以及采矿爆破引起真空吸蚀、流水潜蚀导致矿坑周边岩溶塌陷;基于FLAC3D技术矿区岩溶塌陷数值模拟分析,数值模拟结果与地质分析、物探结论和塌陷现状基本一致。研究结果为后期岩溶塌陷的防治提供了科学依据。

基于FLAC3D的某水电站岩体倾倒变形过程数值模拟研究

我国西南高山峡谷地区地质作用强烈,倾倒变形岩体广泛发育,基于拉格朗日有限差分法的FLAC3D软件可对岩体倾倒变形过程进行数值模拟研究。建立了流变模型对澜沧江上游某在建水电站的一处倾倒变形体进行了研究,结果表明,在岩体自重和卸荷应力的长久作用下,库区陡立岩层会朝向临空位置发生倾倒变形破坏。这是一个长期的流变破坏过程。倾倒变形仅发育在边坡的浅表层,深部的岩体未发生倾倒,浅表层底部的岩层弯曲最为强烈,这些部位的岩层将最先发生折断,若折断面贯通,极有可能导致倾倒体整体垮塌滑动引发滑坡等灾害。在水电站建设中要着重考虑对倾倒变形程度严重的坡体进行支护,防止发生大规模的失稳破坏。

基于FLAC3D对深基坑空间效应的分析

为解决深基坑支护环节存在的失稳风险过高、技术难度过大问题,规避由边坡支护设计不当造成的重大工程事故和经济损失,保证深基坑支护结构设计计算合理性和准确性的提升,文章进行了深入系统探究。先介绍案例工程概况,然后明确深基坑支护变形特征和空间效应变化规律,现场测定基坑内支撑预应力、支护结构变形参数、土体主要力学参数等。在数据支撑下搭建FLAC3D模型,对比现场监测参数和模拟仿真运算参数之间的区别,挖掘影响深基坑支护稳定性的内在因素,针对化地给出防护建议。通过研究发现深基坑支护方式、开挖顺序、排桩间距等均可能影响深基坑支护稳定性。实践中要加强把控,科学设计深基坑支护方案,保证深基坑支护稳定性的提升。

基于FLAC3D与无人机航测的全部垮落法采煤塌陷分析

内蒙古串草圪旦煤矿位于黄河中游上段,其全部垮落法采煤导致大面积塌陷,地表生态和环境问题频发。为研究采空区地表裂缝发育规律及塌陷应力与位移场演化特征以串草圪旦煤矿6102工作面为研究对象,利用无人机航测查清了地表裂缝分布范围及规律,构建了FLAC3D数值模型并计算分析了采空区围岩应力及位移变化,将分析结果与无人机航测结果进行了相互验证。结果表明:(1)塌陷主要以地裂缝为表现形式,主要分布于矿区西北部及中西部。工作面发育2类地裂缝,一类为弧形阶梯式裂缝群,呈平行分布且以间隔5~20 m出现,大部分形成阶梯式高度为15~130 cm的错台,裂缝以3°~5°的偏角垂直工作面推进方向发育;另一类为直线型边缘裂缝带,拉张破坏严重,平行工作面外围呈带状发育,少数可展布于工作面内部,最外围裂缝至工作面的距离分别为38,53 m。(2)由于地下煤层开挖,采空区顶板出现明显的“马鞍状”拉应力集中区,且随着开挖的推进地表集中区拉应力先增大后减小,最大值为0.181 MPa;(3)采空区顶部完全垮塌,地表垂直位移最大值在采空区正中间,最大值约5.5 m;地表水平位移最大值位于采空区煤柱正上方,最大值1.93 m。(4)数值模拟计算的沉降量、裂缝角与无人机航测数据基本一致。研究成果可为煤层开采带来的生态环境问题解决方案提供参考依据。

基于FLAC3D软件的岩质边坡稳定性分析方法研究

山地丘陵地貌中普遍分布岩质边坡,此类边坡存在严重滑坡隐患,因此本文基于FLAC3D软件研究岩质边坡的稳定性。以金属开采矿区为研究对象,获取基本工程概况与边坡参数,并分析滑坡基本概念。利用混合离散技术与拉格朗日差分法求解FLAC3D软件运动方程,构建研究区域边坡稳定性模型,通过仿真计算分析岩质边坡稳定性。实验结果表明:该研究区域整体稳定性较好,仅边坡上部被结构面控制的区域应力与位移较大,存在安全隐患;弱面倾角比坡脚倾斜度更大时,顺倾向边坡的稳定性更高;坡脚倾斜度越大,岩质边坡的稳定性越差。

基于FLAC3D隧道初期支护方案研究——以青医西院区站隧道为例

利用FLAC3D软件建立两种不同初期支护方式作用下的隧道模型,对隧道的开挖与支护过程进行模拟,分析围岩与支护结构的受力和变形,对比其应力分布和围岩位移情况,选出更为合理的支护方案。研究发现,预应力锚杆能够及时为隧道围岩提供支护作用,不存在支护时效的问题,而普通水泥砂浆锚杆需等地层产生变位后才能发挥作用。

基于FLAC3D的边坡支护方案优化研究

为研究抗滑桩及锚杆框架梁在顺层岩质边坡支护中的优化方法,基于三级支护的典型顺层岩质边坡,通过FLAC3D建立数值模型进行计算,对抗滑桩桩身长度及桩身截面积、锚杆锚固倾角及锚固长度进行优化。结果表明,不同长度抗滑桩对岩质边坡进行支护时,抗滑桩稳定系数均随着桩身长度的减小而减小,且在边坡岩性发生突变的地方抗滑桩的水平位移也会发生突变,在一定范围内适当减短抗滑桩的桩身长度并不会引起桩身水平位移的大幅度改变,故在满足规范的条件下可通过减小桩身长度来进行优化设计。改变抗滑桩的截面面积并不会显著改变桩身的水平位移,但抗滑桩截面面积会显著影响抗滑桩稳定系数,存在一个临界截面积使得桩身截面积在小于临界面积时,稳定系数随着截面积的减小迅速减小,而在桩身截面积大于临界面积时,稳定系数随着截面积的减小只会略微减小。边坡最大水平位移随着锚杆锚固倾角的增加、锚固长度的增加而增加,边坡稳定系数随着锚杆锚固倾角的增加、锚固长度的增加而增加,故在进行锚杆框架支护设计时可通过增大锚固倾角及增加锚固长度提高边坡稳定性,此结果可为抗滑桩及锚索框架梁在顺层岩质边坡支护提供优化设计方案。

基于FLAC3D的隧道施工引起管道沉降分析

某地铁隧道修建过程中需下穿一条D400次高压钢燃气管,为了论证隧道开挖及衬砌施工过程中对该燃气管道的影响是否可控,基于某地铁隧道区间的地质条件建立模型,对隧道开挖引起的地下管线沉降进行研究分析,通过FLAC3D数值软件模拟分析来预测地铁隧道及其上管线的沉降,分析沉降规律,结果表明:该地铁隧道下穿施工引起的管线沉降满足地铁及轨道交通对于管线沉降安全的要求。

基于FLAC3D的钻孔扩孔前后应力分布特征研究

煤层的钻孔成孔技术一直是煤矿瓦斯抽采的重要内容。本文以新景矿井下钻孔为研究对象,利用FLAC3D技术模拟分析钻孔扩孔前后钻孔周边的应力分布特征,分析了顺层钻孔和穿层钻孔扩孔前后应力分布的规律和钻孔有效卸压的影响范围。结果表明,随着钻孔的施工,钻孔周边应力释放形成明显的应力区,钻孔扩孔后,顺层钻孔的有效卸压范围由0.8 m扩大至4 m,穿层钻孔的有效卸压范围由0.6 m扩大至3.8 m,有效提高了煤层的抽采效果。

基于FLAC3D的深基坑开挖过程地表沉降及围护结构受力数值模拟研究

为了掌握基坑工程支护开挖中地表沉降及围护结构受力情况,以苏州市某商业建筑深基坑工程为背景,基于FLAC3D有限差分软件,对基坑支护开挖全过程进行了数值模拟计算分析。数值计算结果显示:在桩、挡墙开挖成孔过程中,由于突然卸荷,地层向孔内发生变形,有塌孔的风险;当桩、挡墙开挖与浇筑过程中,基坑外围5m范围内的地层沉降比较明显。基坑内开挖也出现5m范围内离基坑越近变形越小,5m范围以外离基坑越远变形越小。分层开挖厚度越大,地表沉降越明显。

基于FLAC3D的层面产状对软岩隧道变形的影响研究

为研究层面产状对软岩隧道变形的影响,文章依托某层状软岩地层的高速公路隧道实际工程,通过FLAC3D软件进行建模与计算,分析不同岩层产状下对围岩变形与应力的变化规律,得到如下结论:(1)围岩变形的主方向随层面产状的变化存在不同程度偏转,随层面倾角增大逐渐从以竖向变形为主过渡到以水平变形为主,围岩的变形方向垂直于层面时变形值最大;(2)随着与洞壁距离的增大,围岩的径向应力逐渐增大,切向应力先增大后减小,切向应力较大的区域围岩出现塑性区,且由于洞壁附近围岩的切向应力远大于围岩的径向应力,存在较大的压力差,导致洞壁附近的围岩发生塑性变形,甚至产生剪切破坏。

FLAC3D在高速公路边坡稳定性评估中的应用

本文针对某高速公路边坡使用无人机摄影测量技术获取边坡DTM数据,通过ArcGIS软件制作边坡的三维数字地形模型,在FLAC3D软件中建立研究区域的网格模型,输入内摩擦角、黏聚力、体积模数、剪切模数等边坡试验数据参数,使用莫尔-库仑(Mohr-Coulomb)准则进行模拟,分析边坡的应力、应变分布情况,揭示出边坡受力、应变和移位分布等方面的情况。结果表明,现坡面总体稳定,但集中出现局部受力现象。本次研究为边坡的进一步加固和事故预防提供了科学依据。

基于FLAC3D分析深基坑开挖过程对毗邻区域的影响

为有效预控深基坑工程施工风险,采用FLAC3D数值模拟软件,以某地铁车站深基坑工程为研究对象,通过模拟深基坑土方开挖、内支撑搭设等工况,分析深基坑开挖过程对毗邻区域的影响。研究得出了深基坑开挖各工况状态下,基坑周边地表沉降的特征规律及发展趋势,即沉降曲线表现为凹形形状,且沉降量随土方开挖深度增加而加大,此外,深基坑围护结构水平方向位移特征整体呈现为弓形曲线形状,围护结构同一位置的水平位移随基坑开挖深度增加也相应增加。

基于FLAC3D的地震作用下边坡动力稳定分析

为进一步研究在地震作用下的边坡动力稳定,以某边坡为例,基于FLAC3D对该边坡在地震作用下的动力稳定进行全面分析,分析了其在地震作用下的加速度响应、位移响应和结构面屈服响应,并分别采用平均时程安全系数法、拟静力法和动力强度折减法求解边坡潜在的3个块体在地震作用下的安全系数,结果表明:相对位置较高、结构面相交处、地形变化幅度较大的区块,在地震作用下的加速度响应更加明显;位移响应一部分随着地震加速度呈现周期性的变化,另一部分随着地震作用而逐渐累积增大,主要位移变化方向与加速度输入方向一致;潜在滑块的位置越高、结构面抗剪强度越低,在地震作用下的变形和位移越大,稳定性越差;潜在底滑面以剪切屈服破坏为主,其他结构面以张拉屈服破坏为主;对于具有明显潜在滑动面、可明确潜在滑块的岩质边坡,采用平均时程安全系数法、拟静力法和动力强度折减法计算地震作用下边坡的安全系数结果基本一致。为防治地震导致的滑坡等次生灾害提供了一定的理论依据和技术支撑。

小应变硬化土本构模型在FLAC3D中的开发及应用

为了准确模拟岩土介质的加/卸载力学特征,引入了硬化土及小应变本构模型.从屈服函数、硬化规律、塑性势函数、流动法则及小应变刚度方面介绍了程序的开发流程,利用VC++语言编译了动态链接库,实现了在FLAC3D 3.0中的加载和调用.通过与小应变模型开发经典案例的试验结果对比,验证了小应变硬化土模型的合理性.以上海绿洲中环中心深基坑工程为例,分别采用硬化土本构模型、小应变模型和Mohr-Coulomb理想弹塑性模型进行对比研究,硬化土及小应变模型的应力、变形分析结果与实际监测数据更为接近.研究结果可以为变形控制为主的大型地下工程开发提供可靠的岩土力学分析方法.

FLAC3D桩结构单元模拟抗滑桩参数取用探讨

FLAC3D桩(pile)结构单元具备模拟抗滑桩的潜力。桩结构单元参数众多,对桩结构单元主要参数进行了对比分析,为采用FLAC3D桩结构单元进行抗滑桩模拟提供参考。对比分析显示,桩结构单元的弹性模量对数值模拟结果基本无影响,耦合弹簧切向参数对抗滑桩加固边坡后的稳定系数影响甚微,对抗滑桩内力分布影响很小,而法向参数中黏聚力和摩擦角对抗滑桩模拟结果影响明显,参数取值越大,获得的边坡稳定性和抗滑桩最大剪力和最大弯矩均增加。在此基础上,基于传统的弹性地基梁法对比,给出了抗滑桩模拟时桩结构单元的参数取值建议。

基于FLAC3D数值模拟技术的岩石力学课程教学改革

通过岩石力学学科常用软件FLAC3D在工程教学中的应用,可以促进学生对岩石力学FLAC3D课程理论的理解。通过三维彩色应力云图和Profile应力曲线展示,教学过程更加生动形象,学生不仅较好地理解、掌握各章节概念和理论,而且提高了学习积极性和解决实际工程问题能力。

基于FLAC3D多煤层开采下大巷底鼓控制技术研究

随着煤炭资源需求量的不断增加,单一煤层资源急剧减少,多煤层开采越来越普遍。较单一煤层不同,多煤层开采导致的巷道围岩变形更严重、规律更复杂。为研究多煤层开采下大巷围岩的变形规律及控制技术,以山西省沙曲一号矿为工程背景,运用FLAC3D软件从围岩结构及岩石力学性质的角度分析了多煤层开采下大巷底鼓量变形规律,根据其变形规律设计支护方案,并对3种支护方案进行了优选,得出最优的底板支护方案,大巷两侧底角开槽泄压,现场监测效果证实了该设计方案的可行性。

基于FLAC3D的上向水平分层充填法采场稳定性分析

小东沟金矿厚大矿体采用上向水平分层充填采矿法开采,合理的采场结构参数直接关系到采场稳定性和矿体开采效率。设计3种采场结构参数,建立FLAC3D数值模型进行计算。模拟结果表明,矿房开采过程中各方案最大主应力、垂直方向位移和塑性区体积均较小,开采矿柱时应力、位移和塑性区体积值均急剧增加。矿房跨度过大易导致矿柱开采过程中采场稳定性降低,增加安全隐患。最优采场结构参数为矿房宽6m,矿柱宽5m。模拟结果为小东沟金矿采场结构参数的确定提供了理论支撑。

基于Geomagic-Midas-FLAC3D的采空区稳定性分析

井下采空区稳定性分析是金属矿山常需面对的问题,采空区稳定性关系到空区周边开采的安全,对矿山安全生产、经济效益、社会效益等都起到至关重要的作用。从采空区现状调查出发,采用三维模型构建、理论计算及三维数值模拟对井下采空区稳定性进行了计算与分析,研究结果表明:在矿山开采现状条件下,对采空区进行了实地调查及三维激光扫描,切实掌握了各中段采空区的详细分布状况;采用Geomagic软件对采空区模型进行了精确解译,并精简了模型三角面片,可快速统计采空区长、宽、高及体积等基本参数,同时为模型构建提供了基础条件;采用理论计算及三维数值模拟两种方法对井下采空区稳定性问题进行了深入研究,并对井下采空区进行了稳定性安全分区分级。研究结果可为金属矿山采空区稳定性分析及采空区治理提供科学依据。