二维离散单元法在某旧金属矿改造边坡稳定性研究中的应用

金属矿山露天开采后将形成规模较大的边坡,如何处理利用废弃矿山的边坡资源是提高国土资源利用的重要途径。本文以某金属矿山废弃采坑边坡为例,利用二维离散单元法研究其稳定性。该矿山边坡为岩质边坡与松散堆积体(尾矿)的结合体,局部为陡崖和陡坡,工程地质形态复杂。研究选取了2个具有代表性的剖面,分析计算了天然工况、暴雨工况和地震工况下的边坡稳定性,得出相应的稳定系数,并预测了边坡可能发生的失稳模式,并提出了相应的治理意见。研究表明,二维离散单元法能适用于复杂形态下的边坡稳定性分析,并可作为条分法计算的重要补充。

崩落法转充填法采矿地表移动二维离散元程序数值模拟及其规律验证

基于数字式全景钻孔摄像系统及现场统计对井下矿体及围岩进行了节理调查分析,利用Surpac建立了采空区三维模型并进行剖分,最终建立了二维离散元模型(UDEC),研究不同水平矿体开采时位移场的变化规律和采空区上覆岩层的冒落形式,记录并分析矿体开采过程中岩石移动角变化规律并进行了对比验证。研究结果表明:充填法开采-430^-500 m矿体时,采空区最大位移为205.6 cm,小于崩落法的215.2 cm;对比充填法和崩落法新副井沉降值和水平位移值发现,充填法地表倾斜率为0.56 mm/m,小于崩落法的1.22 mm/m,水平变形率为1.03 mm/m,小于崩落法的1.31 mm/m,对于控制新副井沉降和地表移动具有良好效果。在崩落法开采时覆岩移动存在一定间歇性和跳跃性,冒落过程中可能形成自稳平衡拱,从而形成隐伏采空区。根据实际监测与模拟结果对比,在同一水平开采时间较长时,移动角减小速率呈跳跃性非均匀变化,表现为缓慢变化-加速变化-缓慢变化-加速变化的循环过程,进一步验证了自稳平衡拱和隐伏采空区的存在。

采动影响下山区地表裂隙发育通用离散单元法模拟研究

贵州响水煤矿3#煤层12309回采工作面停采后,离工作面较近地表未发现裂隙,远离工作面地表反而出现明显裂隙,针对这一现象,运用UDEC软件对12309采面进行了仿真数值模拟实验,通过模拟实验得到:采深172 m的开切眼前后出现两组裂隙,裂隙呈"V"字形;停采线处,水平离层裂隙和竖向破断裂隙贯通至地表冲沟;变坡面裂隙发育,稳定性差,会发生滑坡。

二维液桥计算模型及湿颗粒材料离散元模拟

本文研究了二维情况两直接相邻颗粒间液体以液桥形式存在时的液桥临界断裂距离及液桥力的计算过程。导出了用颗粒半径、三相接触角和液桥体积表示的二维液桥临界断裂距离拟合公式及两个接触或非接触颗粒间液桥毛细力随液桥体积的变化关系。引入Voronoi胞元计算定义基于参考颗粒介观结构的物质点的平均饱和度。提出了考虑液桥效应的二维湿颗粒离散元模型,并用以模拟不同初始均匀饱和度下湿颗粒集合体中的吸力效应,验证其有效捕捉以应变局部化为特征的破坏模式的能力。

基于离散单元法的土-隧道结构界面的双向特性研究

文章采用离散元法对五种不同剪切角下的土-隧道结构界面进行三维数值界面剪切试验。剪切试验表明,不同剪切方向角下界面剪切存在二维剪切应力,τ_(x)/σ_(n)和τ_(y)/σ_(n)分别为x、y方向上剪应力与界面正应力σ_(n)的比值。其中,τ_(x)/σ_(n)随着剪切角θ的增大而增大,在θ=0°和θ=90°的条件下,τ_(y)/σ_(n)可以忽略不计。同时,τ_(y)/σ_(n)在剪切开始时增大,并在大剪切位移时保持稳定,这进一步解释了侧向边界法向接触力变化的原因。

一个求解二维Navier-Stokes方程组的数值模型

本文建立和开发了一个用于求解二维 Navier- Stokes方程组的数学模型 ,这个模型采用 Chorin提出的 Projection 1方法来解耦基本方程组的流速和压力 ,空间离散采用有限单元法 ,而时间离散则采用 semi- implicit格式。为了验证模型的正确性 ,作者计算了二维空腔流动并与其他一些研究者的结果进行了比较 。

基于离散元的级配碎石基层沥青路面层间粘结行为模拟及优化设计

为了基于细微观视角分析沥青面层与级配碎石基层之间的粘接行为,首先通过CBR实验和回弹模量实验对三组不同级配碎石进行优化优选,通过离散单元法,结合PFC2D技术实现集料颗粒的离散化,对其进行数字重构,对比分析足尺直剪实验与数值模拟结果。结果表明:经过处理后的级配碎石基层散粒体性质显著提升,面层、封层、基层相互之间的层间粘结行为具有较高的复杂性;同时实测抗剪强度为101Kpa,模拟抗剪强度为106Kpa,模拟值与实测值相差5%,由此证实基于离散单元法对层间黏结行为进行研究具有可行性。

基于Delaunay三角网的区域等值线绘制关键算法

基于三角网格法进行等值线绘制比常用气象绘图软件的矩形网格法更客观更快速,而在众多的三角网剖分方案中,以Delaunay三角网最好最正规。本文是关于二维离散场等值线绘制的算法集成,详细介绍了Delaunay三角网的逐点插入生成算法中所涉及到的凸壳生成、初始三角网生成、逐点插入、LOP优化、寻找包含插入点P的三角形等过程的算法流程,并给出了不规则区域等值线绘制中所采用的二次B样条曲线光滑、交点计数法点面关系判识、互为异侧法线段相交判识等关键算法。

基于UDEC的复杂条件下放顶引起的地表沉陷规律研究

矿区地表沉陷是制约地下采矿工作的一个重要因素,在地下矿体开采过程中,岩体逐步松散冒落充填采空区并向上传递至地表,从而引起地表变形移动,不可避免地对地表构筑物及各种设施造成破坏。以金山店铁矿东区为例,利用离散元软件UDEC模拟了该矿区2#矿体-130 m水平以上矿体开挖以及-270 m放顶工程引起的地表移动变形,探究了二者所引起的地表移动变形规律,为矿山后续工作的开展提供理论依据。

云南某磷矿层状节理岩体矿柱参数优化设计中的数值分析应用

层状节理岩体其力学行为呈现显著各项异性,而节理岩体中的矿柱在无侧限状态下受节理作用影响显著,因此,矿柱参数的优化研究对保障采场的稳定显得尤为关键。文章以某磷矿典型层状节理岩体为研究对象,重点采用Flac3D有限差分软件和UDEC离散元法对层状岩体中不同矿柱倾角对采场围岩稳定性的影响展开研究,对评估层状岩体中不同矿柱倾角下的围岩稳定性具有重要意义。通过文章的相关分析,获得了采场矿柱的最优倾角和矿柱尺寸,实现了对采场冒落范围的预测分析,为采矿过程中矿柱参数的优化设计提供了有力证据,同时也为类似矿山采场结构参数的优化设计提供了更为科学的指导。

考虑横向约束作用的锚杆锚固参数优化

为了探究锚杆不同锚固参数对顺层岩质边坡稳定性的影响,基于综合考虑锚杆轴向作用力和横向作用力的锚杆数值模型,嵌入离散元软件UDEC(universal distinct element code)中的局部加固单元LOCAL REINFORCE单元,针对某顺层岩质边坡,分析了锚杆长度、锚固角、锚杆间距和布设方式对边坡稳定性的影响,并基于正交试验提出了锚固优化方案。结果表明:锚杆存在有效长度,在有效长度内,锚杆长度和边坡安全系数存在线性关系;锚杆存在最优锚固角,且锚杆长度越大,最优锚固角越小;锚杆间距越大,边坡安全系数越小,且安全系数下降速率随间距的增大逐步减小;以边坡安全系数和锚杆用量为评价指标,通过正交试验对等长支护锚固参数进行了优化设计,得出了较佳的两个锚固试验方案;各锚固参数对边坡稳定性影响由大到小分别为:锚杆间距、锚杆长度、锚固角;锚杆布设方式对边坡稳定性的提升由大到小分别为:由长到短型、等长布置型、由短到长型。在考虑锚杆布设方式时,应使锚杆穿越的岩层与边坡位移情况相匹配。