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Unity 3D的大蒜全程生产技术数字模拟系统开发

由于大蒜机械化生产设备价格昂贵,且受场地因素制约,传统的大蒜农机操作培训往往达不到预期效果,而虚拟仿真技术是解决上述问题的关键。为此,结合大蒜全程生产技术数字模拟体系系统要求,采用四层软件架构体系,使用Unity 3D作为开发工具,构建和优化三维模型,并进行虚拟仿真交互设计,开发从种植、田间管理到收获全过程的大蒜全程生产技术数字模拟系统。该系统已成功应用于济宁市金乡县大蒜农机操作培训,实践结果表明,基于Unity 3D的大蒜全程生产技术数字模拟系统运行稳定,场景逼真,操作简单,易于使用,具有一定的应用价值。

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。

CM弹塑性本构模型在FLAC^(3D)中的二次开发

显式有限差分程序FLAC3D由于自带的本构库多样性不足,无法统一描述超固结和结构性这两种自然界土体典型力学特性的本构模型.为了扩大FLAC^(3D)应用范围,更精确地模拟土体力学特性,本文基于其自带的二次开发平台,使用C++语言对交变移动(Cyclic Mobility,CM)弹塑性本构模型进行二次开发.首先推导该模型的基本公式;然后介绍FLAC^(3D)的工作原理和关键开发步骤;再通过不同应力路径下的测试,对比FLAC3D模拟值和该本构的理论值,验证开发的正确性;最后通过对一维固结试验数据、三轴排水压缩试验数据和不排水三轴循环加载试验数据的模拟,验证了二次开发模型能较好地模拟土体的力学行为.

基于FLAC3D隧道初期支护方案研究——以青医西院区站隧道为例

利用FLAC3D软件建立两种不同初期支护方式作用下的隧道模型,对隧道的开挖与支护过程进行模拟,分析围岩与支护结构的受力和变形,对比其应力分布和围岩位移情况,选出更为合理的支护方案。研究发现,预应力锚杆能够及时为隧道围岩提供支护作用,不存在支护时效的问题,而普通水泥砂浆锚杆需等地层产生变位后才能发挥作用。

基于FLAC3D的边坡支护方案优化研究

为研究抗滑桩及锚杆框架梁在顺层岩质边坡支护中的优化方法,基于三级支护的典型顺层岩质边坡,通过FLAC3D建立数值模型进行计算,对抗滑桩桩身长度及桩身截面积、锚杆锚固倾角及锚固长度进行优化。结果表明,不同长度抗滑桩对岩质边坡进行支护时,抗滑桩稳定系数均随着桩身长度的减小而减小,且在边坡岩性发生突变的地方抗滑桩的水平位移也会发生突变,在一定范围内适当减短抗滑桩的桩身长度并不会引起桩身水平位移的大幅度改变,故在满足规范的条件下可通过减小桩身长度来进行优化设计。改变抗滑桩的截面面积并不会显著改变桩身的水平位移,但抗滑桩截面面积会显著影响抗滑桩稳定系数,存在一个临界截面积使得桩身截面积在小于临界面积时,稳定系数随着截面积的减小迅速减小,而在桩身截面积大于临界面积时,稳定系数随着截面积的减小只会略微减小。边坡最大水平位移随着锚杆锚固倾角的增加、锚固长度的增加而增加,边坡稳定系数随着锚杆锚固倾角的增加、锚固长度的增加而增加,故在进行锚杆框架支护设计时可通过增大锚固倾角及增加锚固长度提高边坡稳定性,此结果可为抗滑桩及锚索框架梁在顺层岩质边坡支护提供优化设计方案。

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FLAC3D的隧道施工引起管道沉降分析

某地铁隧道修建过程中需下穿一条D400次高压钢燃气管,为了论证隧道开挖及衬砌施工过程中对该燃气管道的影响是否可控,基于某地铁隧道区间的地质条件建立模型,对隧道开挖引起的地下管线沉降进行研究分析,通过FLAC3D数值软件模拟分析来预测地铁隧道及其上管线的沉降,分析沉降规律,结果表明:该地铁隧道下穿施工引起的管线沉降满足地铁及轨道交通对于管线沉降安全的要求。

基于FLAC3D软件的岩质边坡稳定性分析方法研究

山地丘陵地貌中普遍分布岩质边坡,此类边坡存在严重滑坡隐患,因此本文基于FLAC3D软件研究岩质边坡的稳定性。以金属开采矿区为研究对象,获取基本工程概况与边坡参数,并分析滑坡基本概念。利用混合离散技术与拉格朗日差分法求解FLAC3D软件运动方程,构建研究区域边坡稳定性模型,通过仿真计算分析岩质边坡稳定性。实验结果表明:该研究区域整体稳定性较好,仅边坡上部被结构面控制的区域应力与位移较大,存在安全隐患;弱面倾角比坡脚倾斜度更大时,顺倾向边坡的稳定性更高;坡脚倾斜度越大,岩质边坡的稳定性越差。

基于FLAC3D的钻孔扩孔前后应力分布特征研究

煤层的钻孔成孔技术一直是煤矿瓦斯抽采的重要内容。本文以新景矿井下钻孔为研究对象,利用FLAC3D技术模拟分析钻孔扩孔前后钻孔周边的应力分布特征,分析了顺层钻孔和穿层钻孔扩孔前后应力分布的规律和钻孔有效卸压的影响范围。结果表明,随着钻孔的施工,钻孔周边应力释放形成明显的应力区,钻孔扩孔后,顺层钻孔的有效卸压范围由0.8 m扩大至4 m,穿层钻孔的有效卸压范围由0.6 m扩大至3.8 m,有效提高了煤层的抽采效果。

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。

基于遗传算法和FLAC 3D的隧道围岩参数反演研究

隧道围岩参数对于隧道工程的稳定性而言至关重要。传统参数确定方法耗时长、成本高,且难以反映围岩实际状况。研究提出一种基于遗传算法和FLAC 3D的隧道围岩参数反演方法,以提高参数反演的效率和准确性。遗传算法通过模拟自然选择和遗传机制,优化全局搜索过程,而FLAC 3D则利用其三维连续介质数值模拟功能,精确模拟岩土材料行为。通过西南某山区隧道工程案例分析,反演得到最优围岩力学参数,模拟结果与实测值的最大误差仅为1.98%,验证了方法的准确性。

基于FLAC 3D的隧道下穿对既有桥梁基础变形的影响研究

文章以某市隧道下穿铁路桥梁桩基础为工程依托,通过现场监测数据和FLAC3D软件数值模拟结果,研究不同埋置深度的桩基础受隧道开挖的影响程度,分析得出:67#桩基础埋深20.76m,隧道开挖过程中,桩基础沉降稳定在3.5mm,>3mm(预警值);66#桩基础埋深33.9m,桩顶沉降≤3mm;当盾构环数介于10~25,桩基础沉降增幅较大。针对以上结论建议工程中重点关注埋深较小的桩基础,调整施工时间,将桩基础沉降控制在预警值以下。

基于FLAC3D的层面产状对软岩隧道变形的影响研究

为研究层面产状对软岩隧道变形的影响,文章依托某层状软岩地层的高速公路隧道实际工程,通过FLAC3D软件进行建模与计算,分析不同岩层产状下对围岩变形与应力的变化规律,得到如下结论:(1)围岩变形的主方向随层面产状的变化存在不同程度偏转,随层面倾角增大逐渐从以竖向变形为主过渡到以水平变形为主,围岩的变形方向垂直于层面时变形值最大;(2)随着与洞壁距离的增大,围岩的径向应力逐渐增大,切向应力先增大后减小,切向应力较大的区域围岩出现塑性区,且由于洞壁附近围岩的切向应力远大于围岩的径向应力,存在较大的压力差,导致洞壁附近的围岩发生塑性变形,甚至产生剪切破坏。

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。

FLAC3D桩结构单元模拟抗滑桩参数取用探讨

FLAC3D桩(pile)结构单元具备模拟抗滑桩的潜力。桩结构单元参数众多,对桩结构单元主要参数进行了对比分析,为采用FLAC3D桩结构单元进行抗滑桩模拟提供参考。对比分析显示,桩结构单元的弹性模量对数值模拟结果基本无影响,耦合弹簧切向参数对抗滑桩加固边坡后的稳定系数影响甚微,对抗滑桩内力分布影响很小,而法向参数中黏聚力和摩擦角对抗滑桩模拟结果影响明显,参数取值越大,获得的边坡稳定性和抗滑桩最大剪力和最大弯矩均增加。在此基础上,基于传统的弹性地基梁法对比,给出了抗滑桩模拟时桩结构单元的参数取值建议。