静水压力下内摩擦角对圆形洞室围岩局部破裂影响的连续-非连续模拟

为了更准确地模拟岩石由连续向非连续转化,降低网格依赖性,在自主开发的拉格朗日元与离散元耦合的连续-非连续方法的基础上,发展了一种内部开裂方法。模型被离散成精度较高的四边形单元,在开裂后,裂缝可沿四边形单元对角线和单元边界扩展。模拟了巴西圆盘岩样、单轴压缩岩样和静水压力下洞室围岩的变形-开裂过程。结果表明:对于巴西圆盘岩样,拉裂缝由圆盘中心向上下加载板扩展,直至贯穿岩样,拉裂缝较为平滑;对于单轴压缩岩样,剪裂缝较为平直,贯穿岩样的主剪裂缝方向与摩尔-库仑剪切面方向较为一致。由静水压力和内摩擦角对洞室围岩变形-开裂过程的影响规律可以发现:静水压力下,V形坑形成于洞室表面附近;剪裂缝向围岩内部扩展,形成狭长剪裂缝,其分布类似于剪切滑移线。静水压力越大,剪裂缝的范围越大。内摩擦角越大,剪裂缝的范围越小,狭长剪裂缝的扩展方向与环向的夹角越小。由天生桥二级水电站某洞室围岩的模拟可以发现,围岩呈现4个V形坑,这与现场观测结果基本吻合。

常村煤矿S6-8工作面岩层运动的连续-非连续方法模拟

为了细致地模拟煤矿开采中复杂的岩层运动现象,探讨开采速度的影响,采用自主开发的连续-非连续方法,通过引入应力跌落和准静力计算模式,以常村煤矿S6-8工作面为背景建立数值模型,模拟采动诱发采场上覆岩层的变形-开裂-运动过程。结果表明:本方法可较为细致地模拟煤矿开采中一系列复杂现象,例如,采场上覆岩层的弯曲变形、下沉、开裂、离层和层间错动、直接顶的周期垮落、工作面煤壁上方岩层近似平行展布的倾斜穿层裂缝、若干破断岩块形成的近似等腰梯形结构和采空区局部闭合;开采速度越快,直接顶初次垮距越大,这是由于采场上覆岩层向下运动不充分,直接顶垮落主要受自身和开采卸荷的影响。