经天路图-FLAC^(3D)接口程序研发

针对经天路图软件不能对多层状地质体的地基承载力进行快速分析的问题,基于3D WinForms控件Eyeshot,利用C#语言在Visual Studio 2019平台上研发了经天路图与地基承载力分析软件FLAC^(3D)之间的接口程序。研发中采用了三角网算法、多层状地质体可视化算法和网格优化算法等。所研发的接口程序具有图形化显示界面,能够从经天路图读取多层状地质体地形数据,并根据地质勘探数据对地质体分层,能够在ANSYS中自动建立有限元网格模型,基于FLAC^(3D)命令流自动完成网格模型读入与转换、材料属性和边界条件的定义等前处理工作并执行求解,能够自动导出常用分析结果并回传至经天路图。算例验证表明,采用接口程序对多层状地质体进行地基承载力分析,极大地提升了设计人员的工作效率。

基于FLAC^(3D)的延吉某工程边坡稳定性研究

边坡稳定性是边坡防治工程的关键技术问题,边坡的稳定性问题直接关系到人们的生命财产安全。本文以延吉市某建筑边坡为工程背景,通过现场调查及钻探资料、试验分析、数值模拟等手段,获取边坡岩土物理力学参数,运用FLAC^(3D)软件,采用摩尔-库伦本构模型对该边坡进行稳定性分析评价。选取两个典型剖面建立模型,模拟分析边坡仅在重力影响下的应力以及最大不平衡力变化情况。计算得出两个剖面的安全系数,分析每个剖面的X向应力云图、Z向位移云图与剪切应变增量图。通过对比得出边坡位移和应力变化趋势,确定边坡易发生失稳的区域并判断边坡是否需要治理。本文对延吉某边坡进行稳定性计算,探究其变形破坏机理,意为类似工程的稳定性分析和治理设计提供参考。

基于FLAC^(3D)的路堑边坡稳定性分析

【目的】道路切割坡体、暴雨和车辆荷载等条件会对路堑边坡的稳定性造成极大的影响。本研究以辉县市上八里镇回龙村张沟边坡为例,根据边坡所处的环境特征,分析其在不同工况影响下的变形特征及稳定性,为边坡的防治提供依据。【方法】使用FLAC^(3D)软件对边坡进行数值模拟,研究边坡在天然和暴雨条件下的变形和稳定性,并调用FLAC^(3D)内置的Fish函数对路堑边坡坡前道路车辆产生的动荷载进行模拟,对动荷载下滑坡体内部的变形特征进行分析。【结果】(1)边坡在天然和暴雨情况下的稳定性系数分别为1.9和1.186;(2)坡前公路动荷载峰值由1×10^(5)N增加为1×10^(6)N时,坡脚处水平最大应变值增大13.4%,后缘水平最大应变值增大13.2%。【结论】暴雨降低了岩土体的强度,直接破坏了边坡的稳定性,坡前竖直方向动荷载增加了坡体水平方向剪切带的连续性,但其对坡体最大应变量造成的影响较小。

基于FLAC^(3D)原理模拟斜井支护效果研究

【目的】斜井介于平港和竖井之间,结构受力具有一定的复杂性,因此研究斜井硐室开挖和支护的有效性和可行性尤为重要,有必要对斜井支护效果展开研究。【方法】采用FLAC^(3D)对斜井围岩变形及支护技术方案的应力场、位移场和塑性区的分布变化情况进行数值模拟分析。【结果】在斜井开挖过程中,未支护工况下城门型斜井拱腰、拱顶、拱脚及底板等三处是开挖围岩最不稳定区域。支护后的围岩应力场、位移场和塑性区的分布减少了较多,其中,拱顶下沉位移量从57 mm降至5.3 mm;拱腰处水平位移量从26.7 mm降至15.7 mm;底板水平位移量从11.3 mm降至7.14 mm。【结论】在支护工况下的围岩应力场、位移场和塑性区的分布得到了较好改善,对斜井围岩的位移变形、塑性区范围起到了显著的控制作用。

基于FLAC^(3D)的露天矿山深部开采边坡稳定性研究

为研究复杂地质条件露天矿山深部开采整体边坡稳定性问题,根据现场钻孔数据和地质调查,依次通过犀牛软件建立复杂三维地质体模型、griddle软件对模型进行网格划分、导入FLAC^(3D)三维数值分析软件进行计算,最终得到矿山露天边坡的应力大小(最大拉应力为0.3 MPa)、位移量(最大位移量13 cm)、塑性区分布、剪应变增量,最小安全系数值等结果。通过对三维软件计算结果的逐个分析,得出该露天矿山深部开采边坡的稳定情况,Ⅰ区边坡稳定性略差,Ⅲ区的边坡稳定性最差,Ⅳ、Ⅴ区边坡稳定性好,该结论为矿山深部开采边坡监测划分重点区域和矿山安全生产提供理论依据和技术保障。

基于FLAC^(3D)的不同角度锚杆超前支护模拟及参数优化

锚杆作为一种有效支护措施,被广泛应用于隧道超前支护领域,超前锚杆设计及施作的好坏直接影响着隧道支护效果。基于FLAC^(3D)有限元软件,对0°~<50°不同角度分级锚杆进行了超前支护模拟,在揭露不同角度锚杆超前支护作用下隧道力学效应及其随锚杆角度变化规律的基础上,对支护角度进行了相关优化,最终确定出最佳支护角度。研究结果可为隧道超前支护设计、优化及施工提供理论支撑,具有一定指导意义。

基于FLAC^(3D)和概率积分法的公路下伏采空区变形影响分析与评价

某矿S3102工作面上方地表有市政二级公路,工作面开采造成部分路面下沉塌陷损毁。为了对公路损毁程度进行准确评估,分别用FLAC^(3D)数值模拟方法和概率积分法对地表移动变形进行预测计算,计算结果与实测数据进行对比分析。FLAC^(3D)数值模拟结果和概率积分法计算结果分别显示,公路地表最大下沉值分别为4979 mm和4880 mm,与实测公路地表最大下沉值4870 mm十分接近,最大误差在2%左右。研究结果表明,利用三维数值模拟软件模拟和概率积分法研究复杂采空区影响地表移动变形规律是可行的,能够较为准确地预测地表移动变形情况,可为采空区地表稳定性评估提供技术支持,供类似矿区道路塌陷预测研究借鉴。

贵州省都匀市大坪镇马寨村滑坡变形破坏机制及FLAC^(3D)稳定性评价

以贵州省都匀市大坪镇马寨村滑坡为例,采用地质调绘、高密度电法物探、钻探、土工试验等综合工程地质勘察方法,查明马寨滑坡形成的机制、滑坡体的结构和变形特征,并采用FLAC^(3D)数值模拟分析该滑坡体的稳定性,为下一步进行滑坡工程治理提供了可靠的依据,也为未来同类型的大型牵引式滑坡分析和治理提供借鉴。

基于FLAC^(3D)的煤矿工作面采前防治水安全性分析

以钱营孜煤矿西三采区为例,采用FLAC 3D软件进行回采后上覆岩层垮落带和导水裂隙带破坏特征模拟,预测导水裂隙带高度为43.45、45.60、45.40 m;垮落带高度分别为14.23、12.78、13.32 m;预测防砂煤柱高度为26.23,24.78,25.32 m,均小于实际煤岩柱留设高度44 m;工作面回采时顶板上覆岩层垮落带不会影响到“四含”,实测采后垮落带高度为12.13 m,导水裂隙带高度40.19 m,均小于预测数值与实际留设煤岩柱距离。表明W3233工作面在做好预测预警的前提下具备了留设防砂煤柱的条件。

基于3dxml格式的3DEXPERIENCE平台至FLAC^(3D)模型转换研究

为研究3DEXPERIENCE和FLAC^(3D)两款在不同领域作为设计工具的软件如何有效协同工作的问题,基于3dxml文件特征及网格模型生成技术,提出一种从几何模型至网格模型的转换方法。该方法包括对文件格式解析和数据结构进行映射,以保证3DEXPERIENCE平台模型中的几何形状和属性能够被正确存储;利用网格生成技术,生成了满足FLAC^(3D)仿真要求的网格模型,并编写自定义程序来完成转换功能。在实际应用中,分别以某水利工程大坝和大体积洞库为例,成功将3DEXPERIENCE平台的几何模型转换成FLAC^(3D)的网格模型。结果表明:该转换方法实现解析CAD几何模型、数据结构映射、生成四面体网格模型和文件保存等功能,完成3DEXPERIENCE平台至FLAC^(3D)模型的转换任务,从而简化水利工程设计及科学研究工作流程;与3DEXPERIENCE自有网格剖分程序相比,使用自编程序转换,可以在局部区域进行网格加密,使节点和单元数量增加了近5倍,更适合数值模拟计算。研究成果对CAD/CAE工具的协同工作以及提升水利工程设计工作效率具有重要的实用价值。

基于FLAC^(3D)的不同巷道断面选择的模拟分析

本文为研究在掘进相同宽高巷道时不同巷道断面形状的应力分布与位移变化,以某煤矿井底车场的辅助运输石门的最优巷道断面形状为例,运用软件FLAC^(3D)对矩形、圆形、拱形三种巷道进行数值模拟分析,进行模拟实验,对模拟试样进行循环加载实验,得出拱形巷道为最优选择,并设计三种支护方案进行支护参数优化,得出最佳支护方案为锚喷支护。

某排土场Geostutio邓肯张模型和FLAC^(3D)摩尔库伦模型计算结果对比

为了研究软件的适用性,本研究提供了Geostudio软件的分析结果和FLAC^(3D)的分析结果对比。针对某排土场稳定性问题,采用Geostudio软件的有限元法邓肯张模型和FLAC^(3D)摩尔库伦模型分别计算分析,然后采用Geoslope进行基于有限元计算应力的极限平衡法进行边坡最小安全系数计算,和采用FLAC^(3D)强度折减法进行边坡最小安全系数计算,然后对计算结果进行了比较,得到了如下初步结论:有限元法邓肯张模型计算结果能够比较准确给出排土场拉应力出现部位从而正确预测张拉裂缝灾害的发生,而在这方面FLAC^(3D)计算结果没有实现;基于有限元法邓肯张模型应力计算的极限平衡法的稳定性安全系数计算结果小于FLAC^(3D)计算模型的强度折减法计算结果。

基于FLAC 3D的云南省沙坝村滑坡稳定性分析

为了分析云南省丘北县沙坝村滑坡稳定性,基于FLAC 3D软件数值模拟方法,通过Rhino 6软件与Griddle 2.0插件建立了滑坡稳定性分析模型,通过模拟天然工况与暴雨工况条件下滑坡位移与内部应力状态,计算该滑坡的安全系数。结果表明:该滑坡在天然工况下安全系数为1.426,处于稳定状态;暴雨工况下,该滑坡安全系数为1.020,处于失稳边缘,滑坡后部剪应变增量集中,可能产生裂缝。研究成果可为制定针对性的滑坡防治措施提供参考。

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。

利用ANSYS-FLAC^(3D)三维仿真建模方法研究金灯寺石窟防渗技术

为解决石窟窟顶渗水、地基稳定性差等一系列地质病害,提出并分析了截水廊道和导流孔的综合防渗治理技术,对石窟群进行防渗治理。采用有限元软件ANSYS与有限差分软件Flac^(3D)组合建立高仿真三维地质模型,利用FLAC^(3D)软件的interface和fill命令实现层状仿真边坡钻孔模型。在原岩应力条件下分析不同方案应力、位移、塑形区效果,基于理论分析和数值模拟优选出最佳防渗方案。结果表明,增加导流孔的方式对岩体边坡损伤最小,且满足对大气降水导流和地下水截流的要求,岩体边坡稳定性主要受近山体外侧导流孔影响,岩体内部钻孔数目或深度的增加对岩体稳定性影响不明显,路基下方山体喷锚网支护和低压注浆结合的综合岩体加固治理技术可以提高山体边坡稳定性。研究结果为同类岩质边坡及内部结构的排水、地下水截流导流和岩质边坡加固问题提供了一种有效和经济的方法。

基于有限差分FLAC^(3D)基坑开挖稳定性分析

研究目的:基坑开挖过程中会打破周围土体的应力平衡,使其发生变形,从而影响围护结构的安全稳定。为研究基坑开挖过程中的稳定性,以乌鲁木齐市地铁4号线以西某基坑开挖项目为依托,采用FLAC^(3D)建立数值计算模型,分析基坑开挖过程中位移和应力的变化规律。研究结论:(1)放坡开挖支护区域面层处产生较大的X方向水平位移,易对面层支护结构的稳定性产生影响,应加强位移监测;桩支护开挖面处在开挖面中部区域产生的水平位移较大,对桩结构稳定性产生影响,且在基坑底部产生较大的竖向位移,易产生基底隆起;(2)开挖完成后在基坑底部区域产生的水平应力值较大,存在应力集中现象,易对围护结构的安全稳定性产生影响;(3)本研究结果可为类似工程制定有效的支护与监测措施提供理论依据及工程借鉴。

基于FLAC 3D的断层对煤层回采的影响研究

为研究袁店一井煤矿五沟-杨柳断层对815工作面开采过程中围岩的影响,并确定防水煤柱的合理尺寸,采用FLAC 3D进行数值模拟,分析了815工作面在开采过程中断层对煤层工作面回采时围岩的影响及其工作面的竖向应力、剪切应力、位移的变化,判断在实际开采过程中可能出现的情况。结果表明:煤层在开挖过程中,沿着断层方向纵向应力场逐渐增大,随煤柱宽度减小,断层受采煤作用的影响愈加明显。在煤柱至断层方向,按照815工作面防隔水宽度理论计算结果留设120~135 m煤柱是合理可行的,可为实际工程提供可行性参考。

基于Flac^(3D)的某矿山开采方案优选及应用

为保证某矿山安全、高效开采,根据该矿山矿体开采技术条件及矿岩物理力学性质,应用Flac^(3D)软件分别对4种开采方案不同采场结构参数进行数值模拟分析,结果表明:开采1235 m标高以上矿体时,采用采场矿房长40 m,矿房间留2 m连续间柱,顶、底柱2 m的采场结构参数效果最优;开采1235 m标高以下矿体时,采用充填采矿法最优;符合矿山“安全、高效、低成本、低贫损”的开采理念。研究成果可为该矿山的安全生产提供理论性指导。

基于FLAC^(3D)的双孔隧道围岩稳定性数值模拟分析

针对双孔隧道在施工过程中产生的复杂应力场与位移场,通过有限差分软件FLAC^(3D)数值模拟,采用Drucker-Prager准则作为岩土体塑性屈服准则,计算得到双孔隧道开挖及支护后隧道的应力场及位移场分布规律。进而分析得到了双孔隧道需要支护的关键位置及锚杆最小设计长度要求。结果表明:采用喷锚支护能够有效阻止塑性区的扩大,对提高围岩承载能力影响显著。

基于FLAC 3D下水工建筑基坑工程支护结构设计研究

香炉山输水隧洞泵闸枢纽地质环境复杂,基坑工程的建设面临多方面因素影响,为此针对该基坑工程开展支护结构方案优化设计。利用FLAC 3D对不同支护结构型式下的基坑沉降、闸站沉降以及桩体位移进行了仿真计算,评价认为内支撑支护方案最优,且桩间距控制在不超过2.5m最为适宜。研究成果可为水工建筑基坑工程支护设计及工艺参数优化提供参考。