基于FLAC3D的某水电站岩体倾倒变形过程数值模拟研究

我国西南高山峡谷地区地质作用强烈,倾倒变形岩体广泛发育,基于拉格朗日有限差分法的FLAC3D软件可对岩体倾倒变形过程进行数值模拟研究。建立了流变模型对澜沧江上游某在建水电站的一处倾倒变形体进行了研究,结果表明,在岩体自重和卸荷应力的长久作用下,库区陡立岩层会朝向临空位置发生倾倒变形破坏。这是一个长期的流变破坏过程。倾倒变形仅发育在边坡的浅表层,深部的岩体未发生倾倒,浅表层底部的岩层弯曲最为强烈,这些部位的岩层将最先发生折断,若折断面贯通,极有可能导致倾倒体整体垮塌滑动引发滑坡等灾害。在水电站建设中要着重考虑对倾倒变形程度严重的坡体进行支护,防止发生大规模的失稳破坏。

基于FLAC3D的深基坑开挖过程地表沉降及围护结构受力数值模拟研究

为了掌握基坑工程支护开挖中地表沉降及围护结构受力情况,以苏州市某商业建筑深基坑工程为背景,基于FLAC3D有限差分软件,对基坑支护开挖全过程进行了数值模拟计算分析。数值计算结果显示:在桩、挡墙开挖成孔过程中,由于突然卸荷,地层向孔内发生变形,有塌孔的风险;当桩、挡墙开挖与浇筑过程中,基坑外围5m范围内的地层沉降比较明显。基坑内开挖也出现5m范围内离基坑越近变形越小,5m范围以外离基坑越远变形越小。分层开挖厚度越大,地表沉降越明显。

基于FLAC 3D数值模拟的巷道支护优化设计研究

以大隆矿二水平S1E-1303运顺为研究对象,结合大隆矿历年来支护设计类型和国内外先进支护技术方案,采用FLAC 3D 5。0建立数值模拟模型,分析其巷道稳定情况;对深部动压影响区、构造压力带、软岩破碎带等特殊地质情况分析,对历年来常规支护设计方案的模拟及优化,优化形成的支护设计方案,有效地控制顶板下沉,使巷道围岩能最大限度地发挥自身承载作用,可以减少锚杆2500根/千米及配套树脂药卷等,具有较好的经济效益,可在今后的工程中推广采用。

基于FLO-2D数值模拟的不同降雨频率工况下八宝镇拱北槽沟泥石流运动特征及危险性评价

近年来,随着降雨量不断增加,泥石流爆发频率呈上升趋势,其运动堆积特性及防治工程措施直接决定泥石流危害程度及影响范围,也是影响泥石流危险度区划的关键因素。因此,对不同工况条件下泥石流堆积特征及危险范围预测具有较强的现实应用价值。FLO-2D作为一款专用于洪水和泥石流模拟的二维软件,能较完整地分析泥石流的运动状态特征,可用于模拟洪水灾害和风险评估,推算流体运动的流速及堆积深度,合理推估淹没面积。该文以拱北槽沟泥石流为例,通过开展野外详细调查,在查明泥石流物源类型、分布特征、物源储量与流域育灾环境的基础上,模拟分析其在不同降雨频率下(10%、5%、2%和1%)的泥石流运动特征,进而确定泥石流灾害威胁范围、堆积深度、流速等特征参数,并在此基础上采用泥石流强度指标对泥石流灾害进行危险性区划评价,为拱北槽沟泥石流的监测预警与风险防控提供技术依据,以此为该地区或者其他祁连山区城镇泥石流灾害防治及国土空间规划提供科学依据及参考建议。

地下采矿引起地表塌陷离散元PFC^(2D)数值模拟研究

采用离散元PFC^(2D)建立了地质剖面颗粒流模型,研究了矿体开采过程中上覆岩层裂缝形成与发展过程,揭示上覆岩层逐渐垮塌崩落的机理。结果表明,随着矿体的开采,裂隙不断向上发展,裂隙数增加。开采矿体后形成的采空区造成了上覆岩层的拉裂⁃剪裂破坏,岩层中不断有新生裂缝产生。上覆岩层主要以拉裂缝发展为主,在拉裂缝发展区域两端产生部分剪破坏裂缝,在空区两端已经出现向上发展的裂缝集聚,是空区顶板逐渐垮塌崩落的征兆。开采第3分层和第4分层矿体后,出现了局部顶板垮塌现象,且垮塌崩落逐渐发展为整个采空区顶板垮塌,最终垮塌崩落至地表,在地表初步形成一个小塌陷坑。塌陷坑发展过程依据裂隙数可细分为平稳发展时期、缓慢发展时期、快速发展时期和结束发展时期,揭示了井下矿体开采致使上覆岩层拉裂⁃空区两端剪裂⁃整体垮塌崩落的形成机理。

基于TOUGH2-FLAC^(3D)耦合的三维地面沉降数值模拟及控制策略研究

地下水开采引发的地面沉降是一种多场耦合的复杂问题,土体变形过程中渗流与应力应变相互影响。采用部分耦合原理,通过渗流和变形过程中的相关状态变量来耦合成熟的商业软件TOUGH2和FLAC^(3D)进行三维变参数的地面沉降数值模拟研究,其中TOUGH2模拟渗流,FLAC^(3D)模拟土体变形,并以此为工具探讨地面沉降的控制策略。基于弹性模型承压含水层抽水的理想算例进行了变参数条件下的模拟计算,发现顶底板水平变形未被约束时水平位移不可忽略,其峰值距离抽水井有一定距离,且水平位移峰值大于垂向位移峰值;此外,由于地面沉降过程中渗透系数及孔隙率减小,导致近井区域渗流量增加,变参数模型位移量大于定参数。将以上方法应用于地面沉降控制策略研究,通过控制抽水流量及抽水时间,发现限制开采速率能控制沉降量,缩短抽水时间能控制沉降范围;对比脉冲式抽水及抽水—回灌常用地面沉降控制策略,发现抽水时采取合理的回灌措施能有效控制沉降量及沉降范围,而脉冲式抽水使得近井处弹性沉降量未得到明显控制,沉降影响范围反而更大。

伊犁加朗普特滑坡灾变效应分析——基于FLAC 3D数值模拟

在对伊犁加朗普特滑坡野外勘察的基础上,确定其成因类型、形成机理及灾变过程。建立了基于主勘探线剖面的加朗普特斜坡地质力学模型,由坡底向上依次为第一、二、三、四级斜坡,运用FLAC 3D开展数值模拟,用摩尔库伦本构、Mohr-Coulomb模型收敛标准和强度折减法进行天然工况下斜坡的稳定性分析。计算结果显示:在天然工况下(考虑自重),加朗普特斜坡的稳定性系数为1.37,斜坡处于稳定状态。在降雨工况下,稳定性系数为0.98,斜坡处于不稳定状态。分别模拟斜坡在2种工况下从稳定阶段→失稳阶段→失稳破坏阶段的灾变过程,形成总位移、X方向位移、大主应力、小主应力、最大剪切应力、最大剪切应力应变增量和斜坡塑性区云图,重现了灾变过程,为准确认识灾变过程、减灾防灾及灾害评价提供参考。

基于FLAC3D数值模拟技术的岩石力学课程教学改革

通过岩石力学学科常用软件FLAC3D在工程教学中的应用,可以促进学生对岩石力学FLAC3D课程理论的理解。通过三维彩色应力云图和Profile应力曲线展示,教学过程更加生动形象,学生不仅较好地理解、掌握各章节概念和理论,而且提高了学习积极性和解决实际工程问题能力。

基于PFC2D的综放开采顶煤冒放规律数值模拟

为了更加形象地研究顶煤冒放形态特征、宏观地把破碎的散体看作非理想状态下随机流动的松散介质.以某矿1302N大采高综放工作面为工程背景,利用离散元散体颗粒流软件PFC2D建立放顶煤二维横剖面模型,主要研究顶煤位移、煤矸动场变化、放出体衍化以及超前支承压力分布等现象.研究对比得出:顶煤流动规律方面,走向上放煤步距增大,顶煤的始动点边界线前移,顶煤运移范围增大;倾向上间隔放煤的煤损主要集中于同一轮放煤支架间的漏斗煤损.煤矸流场规律方面,采高增大煤矸分界线逐渐变陡;放煤步距增大,煤矸分界线始终保持双线形态前移.矿压显现规律方面,顶煤的硬度增大,顶煤分区中范围逐渐缩小,即超前支承压力峰值区向煤壁靠拢;采放比增大,超前支承压力峰值区远离煤壁,综放开采顶煤破碎后的流动特点和运移路径的数值模拟研究,有利于掌握散体顶煤的放出规律,据此对放煤工艺参数进行针对性的优化设计,对提高煤炭资源采出率具有重要意义.

预制不同位置裂隙岩体在单轴加载过程的PFC2D数值模拟

在岩土工程领域中,岩体的稳定性关系到整个结构工程的安全。通过离散元模拟软件PFC2D模拟含裂隙岩体,建立一个包含不同位置,直径50cm,高100cm圆柱体试件二维模型,裂纹斜长l=30mm,裂纹尺寸为30mm×2mm,分别在模型上部、中间、下部位置设置预制裂隙,分析单轴加载情况下岩体的变形、破裂规律。结果表明:单轴加载时,从岩体内部破裂情况看,破坏形式主要是拉伸破坏,细观上看是由于岩体颗粒速度发生相对错动,从而发生拉伸破坏。岩体的破裂区集中在裂隙的尖端点部位,通过分析岩体的颗粒力链分布,从微观层面发现岩体破坏的主要形式及破裂原因。

基于FLAC 3D的五沟煤矿松散含水层注浆改造数值模拟

为了研究注浆改造对五沟煤矿二采区近含水层下薄基岩煤层开采安全的影响,采用FLAC 3D进行数值模拟,选取合适的注浆推进距离进行覆岩应力场、覆岩位移场和覆岩塑性区的对比分析。对治理段采用泥灰比1∶1,注浆孔间距取60 m,注浆方式采用分段上行式,最终压达到5 MPa且流量小于80 L/min标志着注浆结束,并且维持不小于30 min,初步方案设计42个注浆孔和38个检查孔。结果显示,“四含”注浆后应力、位移、破坏和渗透流动性与注浆前相比显著减小,注浆效果明显。

基于FLAC 3D数值模拟的巷道支护优化设计

以大隆矿二水平S_(1)E-1303运顺为研究对象,结合大隆矿历年来支护设计类型和国内外先进支护技术方案,采用FLAC 3D 5.0建立数值模拟模型,分析其巷道稳定情况;对深部动压影响区、构造压力带、软岩破碎带等特殊地质情况分析,对历年来常规支护设计方案的模拟及优化,优化形成的支护设计方案,有效地控制顶板下沉,使巷道围岩能最大限度地发挥自身承载作用,可以减少锚杆2500根/千米及配套树脂药卷等,具有较好的经济效益,可在今后的工程中推广采用。

长春市某深基坑桩锚支护数值模拟分析

桩锚支护在深基坑工程开挖过程中具有较好的支护效果,使用有限差分软件FLAC3D6.0对深基坑进行各个工况的模拟具有重大意义。本文以长春某深基坑工程为研究对象,使用FLAC3D6.0有限差分软件进行三维建模,模拟基坑开挖过程中产生的地表水平位移、竖直沉降、坑底隆起以及围护结构的位移等,并做出总结。结果表明,围护结构在各工况下的水平位移随着距基坑边缘距离变大而逐渐减小;基坑水平位移最大值一般出现在基坑中间;坑底隆起值的变化与围护结构水平位移呈正相关;模拟值与实测值的变化规律基本相同,验证了本次模型的准确性。

鹰骏三号井田2煤层顶板“两带”高度数值模拟研究

本文针对鹰骏三号井田范围内2号煤层顶板导水裂隙带研究较为薄弱的现状,通过FLAC3D数值模拟揭示了11201工作面上覆岩层移动和破坏规律,预测了2号煤层开采后上覆岩层内“冒落带”和“导水裂隙带”的发育高度,并采用经验公式对其覆岩“两带”高度进行计算分析。研究结果表明,FLAC3D数值模拟计算结果与经验公式结果基本一致,为煤矿防治水及安全开采技术措施制定提供可靠参数。

FLAC3D数值模拟在路基施工中的应用

为找出路基施工过程中的变形影响因素,运用FLAC3D软件进行数值模拟分析路基中心和坡脚的变形,研究在不同填土干密度、弹性模量和泊松比的条件下,路基中心处竖向沉降和路基坡脚处的水平侧向位移随路基填土高度的变化情况.研究结果表明:对沉降影响因素排序为干密度>弹性模量>泊松比,而对侧向位移的变化很小可以忽略不计.因此在满足规范要求的条件下,尽可能的选用干密度小的填土或提高路堤弹性模量,能够改善公路沉降变形.

FLAC3D数值模拟的边坡稳定性

为确保露天矿安全生产,避免因非工作帮滑坡所造成的巨大经济损失,对非工作帮边坡稳定性进行分析和评价.采用FLAC3D建立边坡数值模型,基于强度折减理论对边坡的稳定性进行数值模拟.研究其应力和位移分布特征,变形破坏和塑性区分布特征,揭示滑坡机理,验证极限平衡法的准确性.以第4勘探线中的H12钻孔作为基础的模型H12,得出其安全系数为1.263 01,大于采场边坡安全储备系数1.10,边坡稳定性良好.为提出合理边坡治理措施提供依据.

断续节理直剪试验与PFC^2D数值模拟分析

在以往有关断续节理模型试验和数值模拟的研究基础上,设计不同连通情况和法向应力的断续节理模型材料直剪试验,并采用颗粒流离散元软件PFC2D对模型试验进行全真数值模拟。以贯通节理试样、完整试样的剪应力–应变数值模拟曲线和模型试验曲线吻合作为PFC细观力学参数选取准则,并利用获得的细观力学参数对共面断续节理试样直剪试验进行数值重现。对比分析数值模拟曲线和模型试验曲线,对断续节理受剪贯通的力学机制进行研究。根据模型试验和数值试验的成果,分析断续节理预剪面上应力随剪应变的演化过程,发现剪切过程中的剪胀效应使得岩桥承担更多的压应力,从而提高了岩桥的抗剪强度。对断续节理岩体在直剪加载条件下的破坏机制进行讨论,将整个剪切过程分为线弹性阶段、初裂阶段、峰值阶段、峰后阶段及残余阶段5个阶段。

基于DEFORM 2D的纯铜管热挤压过程的数值模拟

通过二维建模软件建立管材立式挤压模型,采用DEFORM2D大型有限元数值模拟软件进行纯铜管热挤压过程的数值模拟,获得了不同挤压速度下变形材料内部的温度场、应力场、应变场及应变速率场的变化规律。分析结果表明,随着挤压速度的提高,变形材料内部的温升和等效应变速率明显提高;等效应力是先提高,而在高速挤压时又下降;等效应变则无明显变化。

煤岩组合体破坏过程RFPA^(2D)数值模拟

为研究不同组合条件下煤岩组合体的力学特性及破坏过程,使用RFPA^(2D)软件,采用位移加载方式,对不同倾角、围压下的煤岩组合体进行数值模拟,研究单轴和三轴条件下不同煤岩组合体的破坏机制,分析了围压、倾角对煤岩组合体强度的影响.研究表明:单轴压缩时煤岩组合体的强度接近煤体的单轴破坏强度.三轴压缩时煤岩组合体的强度随着倾角的增大先缓慢降低后迅速降低.围压越大组合体强度越高,但强度提高值随着围压的增大降低.煤岩组合体的内摩擦角随着倾角的增大减小,内聚力随着倾角的增大均先增大后减小.组合体单轴压缩破裂情况基本相同,破坏基元主要分布于煤体中,三轴压缩时组合体的破裂出现了3种情况.

基于HYDRUS-2D模型的滴灌土壤水氮动态模拟研究

【目的】探究河套灌区滴灌条件下玉米各生育期土壤水氮变化规律及不同灌水量对土壤硝态氮累积量的影响。【方法】通过田间试验,设置高灌水量(D1:76 mm)处理和低灌水量(D2:60 mm)处理,分析土壤含水率和土壤氮素(铵态氮和硝态氮)的动态变化规律,利用HYDRUS-2D模型进行模拟验证与预测。【结果】各处理灌水后土壤含水率呈增加趋势;而土壤铵态氮和硝态氮在灌水施肥后迅速升高,随后下降,D1处理和D2处理不同生育期0~10 cm土层铵态氮量和硝态氮量的平均降幅分别为60.0%~62.0%和40.0%~46.7%。拔节期、抽雄期和灌浆期各土层灌水后D1处理相比D2处理的土壤含水率分别增加了5.9%、8.0%和6.7%,而土壤铵态氮量和硝态氮量随着土层深度的增加而降低。不同生育期硝态氮累积量为拔节期>抽雄期>灌浆期,随着生育期的推进,硝态氮累积量呈降低趋势。土壤含水率及氮素模拟值与实测值的吻合度较高,R2、RMSE和d均介于合理范围内。【结论】玉米生育期120 mm的灌溉定额可有效降低0~60 cm土层的硝态氮累积量,可降低硝态氮在60~100 cm土层的积累量。该研究可为当地灌区合理的水肥调控及灌溉制度的制定提供参考。