多块体接触有限元法及其对不连续面围岩的模拟

给出了一种求解多块体接触的有限元解法,即将接触面条件精确引入并以节点接触力为基本未知量,把高度接触非线性问题凝缩在可能接触面上进行。首先从两块体三维接触力学模型着手,从整体有限元方程导出增量形式的协调方程,在此基础上详细讨论了多块体接触协调方程的建立方法。随后以广义Mohr-Coulomb准则为摩擦力条件,给出了增量形式的定解和判定条件。程序实施时,针对三维接触问题滑动方向无穷的问题,同时对接触状态及滑动摩擦力分量进行判定,使得迭代收敛快速准确;对于多块体常见的非光滑接触,即角点问题,将角点分类,并根据角点实际的接触状态分情况给出了更为合理的处理方法。通过算例验证后的程序应用于不连续面地下洞室开挖模拟,取得了满意的结果。

三维块体接触检索算法改进研究

在三维非连续变形分析中,快速准确的块体接触检索算法是控制计算效率和分析结果正确性的关键因素之一。基于直接法和公共面法的思想,将接触类型归纳为点–面、边–边2种接触,并结合块体的外包围盒、块体切割面和接触继承对块体接触检索做进一步的改进。引入块体角点运动探针思想,对接触的正确性做进一步的识别,以确保块体的接触关系符合模型的力学运动要求,这弥补了以往接触算法中未考虑块体运动趋势的不足。该算法已在同济曙光三维块体分析软件中实现,算例结果表明,该算法具有良好的适应性、鲁棒性和可实现性,对于凸体和凹体均适用,能有效地解决现有方法存在的不足。

大同采场覆岩面接触块体可动性判定研究

为研究面接触块体结构 ,运用矢量分析法判别了大同采场上覆岩层常见的 3种面接触块体的可动性 ,缩小了找关键块体的范围 。

矢量分析计算法在采场覆岩面接触块体结构中的应用研究

为了研究面接触块体结构力学机理,基于面接触块体可动性定理,给出了判定块体是否具有可动性的矢量分析计算方法,缩小了找关键块体的范围,为面接触块体结构的进一步研究奠定了基础。

层状岩石边坡倾倒破坏过程的数值流形方法模拟

层状岩石边坡的倾倒破坏是岩石边坡失稳破坏的主要形式之一。本文利用数值流形方法对一层状岩石边坡的倾倒破坏过程进行了模拟。模拟结果表明:在不考虑块体间粘结力的情况下,块体间的摩擦角决定着岩石边坡的稳定性。随着摩擦角的增加,块体间的摩擦系数增大,岩石边坡的稳定性增强,并出现相应的滑动区、倾倒区和稳定区。模拟结果与相应的理论预测结果相吻合。

特厚煤层综放开采顶煤成拱机理及除拱对策

通过现场实测对同煤集团塔山煤矿特厚煤层综放开采中放煤过程进行了分析,揭示了顶煤在放出过程中易形成阻塞放煤的成拱现象,研究了顶煤成拱机理,提出了"面接触块体拱"模型,得到了拱的轴线形式为抛物线,给出了影响放煤效率的高跨比参数,并对高跨比参数中的角度和摩擦因数影响进行了分析,明确了煤岩压缩强度与煤块尺寸之间的关系。在此基础上,提出并实施了顶煤注水软化,开发新型放煤支架及强扰动装置,优化放煤工艺等开采措施,顶煤采出率提高了6.92%。

近距离煤层下层煤顶板结构力学分析

根据近距离煤层下层煤开采的顶板结构条件,分析具体的上覆岩层层面构成。在"关键层"理论的基础上,拓展了多层覆岩的力学模型。运用相关理论,对上层煤跨落顶板岩层、下层煤老顶关键层结构的稳定性进行了力学分析,揭示了上层煤跨落老顶与下层煤老顶关键层的相互关系决定了支承力的大小。而随着工作面的不断推进,两层顶板力学关系的变化,是造成工作面顶板支承压力不均的主要原因。