基于稳定性图表法和数值模拟的采场跨度优化研究

合理的采场结构参数是地下矿山安全生产、取得良好经济效益的关键问题之一。针对新疆萨热克铜矿所采用的分段空场嗣后充填采矿法,结合现有开拓、采准工程,利用工程岩体分级结果,采用Mathews稳定性图表法分析采场跨度,并结合数值模拟方法,对典型采场跨度尺寸进行数值计算,从位移和应力变化规律两个角度进行分析,得到了采场跨度的合理值为12m。

求解三维均质边坡安全系数的稳定性图表法研究

边坡稳定性图表为初步评价边坡的稳定性提供了一种简单但却行之有效的途径。针对现有三维稳定性图表主要是基于极限平衡法和极限分析法提出的不足,采用基于场变量的有限元强度折减法,建立了一套求解三维均质边坡安全系数的稳定性图表。借助ABAQUS软件的二次开发平台UFIELD程序,设置岩土体黏聚力与内摩擦角为场变量的函数,场变量为增量步时间t的函数,从而通过控制增量步时间t实现黏聚力与内摩擦角的折减,通过一次计算即可求得边坡的安全系数,无需手工修改折减系数反复试算。结合3个典型算例对该方法的可靠性进行了验证,并进行了计算效率的比较。结果表明,该方法得到的安全系数可靠,且提高的计算效率。另外,将基于该方法提出的三维均质边坡稳定性图表用于快速获取边坡安全系数、设计边坡坡度和反演滑带土体的强度参数,是合理可行的。

地震作用下土质边坡稳定性图表

针对评估边坡稳定性问题,边坡稳定性图表提供了一种简单但却行之有效的途径。选用对数螺旋面作为边坡破坏模式,利用拟静力法考虑地震效应的影响,并基于极限分析运动学定理推导了破坏机构内外功率计算公式,采用MATLAB最优化程序求解出边坡临界高度γH/c的上限解。通过确定边坡处于极限状态时的c/γH和tanφ关系曲线,绘制了一系列边坡稳定性图表。讨论了坡角、内摩擦角与地震荷载对边坡稳定性及其破坏模式的影响。结果表明:坡底破坏模式仅在坡角及内摩擦角均较小的情况下发生,且随着地震荷载的增大,坡底破坏模式更易发生;随着内摩擦角的增大,破坏模式逐渐由深层破坏转变为浅层破坏;边坡坡角较大时,边坡临界滑动面总是呈浅层破坏模式,并随着地震荷载的增大,边坡安全系数逐渐减小。对于内摩擦角接近于0°的土体,当坡角较小且边坡受到地震荷载影响时,需要对破坏深度作一定限制以得到合理解答。利用所建立的边坡稳定性图表无须迭代计算即可求得边坡安全系数以及对应的破坏模式。通过对比验证了所建立边坡稳定性图表的合理性。所得结果可为边坡工程稳定性评估提供一定参考。

基于物质点强度折减法的二维均质c-φ边坡稳定性分析图表

安全系数是判断边坡稳定性最常用的指标。应用传统极限平衡法求解边坡安全系数时,没有考虑土体内部的应力-应变关系,不能准确、真实地描述边坡土体破坏时的应力场、位移场及塑性区的发展情况。而应用有限元法虽然可以解决上述问题,但在计算过程中,会因网格畸变导致计算不收敛,造成求解困难。为此,本文基于物质点强度折减法,建立了安全系数无量纲参数F/tanφ与土体无量纲参数λ之间的关系,并绘制了求解均质边坡安全系数的稳定性图表。该方法无需任何迭代过程即可快速、方便地确定边坡安全系数。以文献中常见的4个典型边坡算例为例,将本文计算结果与文献中其他边坡稳定性图表进行对比,验证本文方法的准确性。结果表明,用本文研制的边坡安全系数分析图表计算获得的边坡安全系数与其他方法获得的安全系数计算结果相接近,吻合较好,证明该方法是一种有效且保守的估计边坡安全系数的计算方法,为快速评估边坡安全系数提供了一种新的途径。

丰山铜矿北缘试验采场稳定性研究

通过矿岩力学强度测试和工程地质调查对丰山铜矿北缘试验采场稳定性开展研究,重点分析矿岩质量评价结果和采场顶板水力半径计算结果。研究结果表明:RMR法和Q分类法对矿岩质量评价均为好;通过Mathews稳定性图表法计算得出,北缘矽卡岩的无支护安全跨度为9.19~11.49 m;大理岩的无支护安全跨度为9.45~11.81 m;花岗闪长斑岩的无支护安全跨度为11.40~18.00 m。

基于Hoek-Brown强度折减法的边坡稳定性图表法研究

边坡稳定性图表为初步评价边坡的稳定性提供一种简单但却行之有效的途径。采用Hoek-Brown有限元强度折减法,提出一套求解Hoek-Brown准则下岩质边坡安全系数的稳定性图表。首先根据Hoek-Brown准则下岩体的正应力与剪切应力的关系,推导关于瞬时内摩擦角φ_i和瞬时黏聚力c_i的一种显示表达公式,进而实现基于Hoek-Brown准则的有限元强度折减法在数值计算中的实施。算例分析表明,该方法获得的边坡安全系数和滑动面位置是合理可靠的,且避免对瞬时强度参数φ_i和c_i的迭代求解。在此基础上,绘制求解b=45°和D=0条件下边坡安全系数的稳定性图表;进而提出分别用扰动权重影响系数f_D、坡角影响权重系数f_β来量化岩体扰动和边坡坡角对稳定性的影响,并绘制求解f_D和f_β的计算曲线。从而建立求解Hoek-Brown准则下岩质边坡安全系数的稳定性图表法。最后通过对2个工程实例的计算表明,采用本文图表法求解岩质边坡安全系数是合理可行的。

变螺旋铣刀结构设计与优化对铣削稳定性的影响

颤振是限制铣削生产率和影响工件加工质量的重要因素之一,稳定性图表和变螺旋铣刀结构设计是目前常用的抑制铣削颤振的方法。结合铣削过程中的稳定性极限三维叶瓣图对变螺旋铣刀结构进行设计优化,进而得到变螺旋铣刀最优螺旋角变量和齿距角变量。首先建立变螺旋铣刀铣削过程的动力学模型,结合仿真分析获得颤振稳定性三维叶瓣图,得到最大稳定性切削深度对应的最优螺旋角变量和齿距角变量值分别为1°和8.1°。实验结果可知,相较于常规结构铣刀,优化得到的变螺旋铣刀能够显著提高铣削稳定性极限、提高表面质量,为抑制铣削过程中颤振的变螺旋铣刀结构设计提供了理论基础。

大尹格庄金矿深部采场稳定性分析与参数优化

以大尹格庄金矿-616m水平8204采场为工程依托,对采场进行稳定性分析及结构参数优化。为此,对8204采场进行工程地质调查、矿岩力学性质试验,并应用Q系统和RMR分级法对采场岩体质量进行评价。基于Mathews稳定性图表法、临界跨度图表法和数值模拟,对采场尺寸和最大跨度进行优化。分析认为,8204采场的最佳跨度为12m,并将其结果应用于现场。结果表明,采用采场暴露面尺寸为12m×100m的结构参数进行回采,采场顶板及围岩并未发生垮落及剥落现象,采场稳定性良好。

三山岛金矿分段空场嗣后充填采场结构参数设计

合理的采场结构参数是保证深部矿山安全高效生产的前提。为应对深部金属矿山高应力、岩体质量变差这一问题,提出了一种分段空场嗣后充填采场结构参数设计方法。以岩体质量分级为基础,借助RMR临界跨度图表和Mathews稳定性图表初步确定采场结构参数;利用RS2数值软件和Mathews稳定性图表对采场稳定性进行分析,最终确定最优采场结构参数。以三山岛金矿分段空场嗣后充填法采场为研究对象,利用Q、RMR和GSI 3种岩体质量评价方法对采场矿岩进行岩体质量分级,并估算了其岩体力学参数,在此基础上计算得到两种采场结构参数方案,对最易发生失稳破坏的上盘围岩进行了稳定性分析,最终确定8 m×15 m×15 m作为最优尺寸,为矿山采矿方法设计提供了一定的依据。

两自由度工件表面位置误差预测的研究

提出一种基于频域分析的两自由度工件表面位置误差预测方法。在铣削加工过程中强迫振动的条件下,结合刀具和工件之间的相对位移对铣刀路径进行定义,建立铣削过程中x向和y向的切削力模型。根据实验要求建立了两自由度可调谐柔性平台,对工件系统和刀具系统频响函数进行测量,并结合稳定性图表选择合适的主轴转速进行实验。