基于FLAC^3D数值模拟的前后处理优化研究

FLAC3D在求解岩土工程问题方面具有许多优越性,但其在前处理(建模与网格划分)和后处理(图形结果输出)方面却存在着明显不足。对此,提出了首先利用具有强大图形与网格划分功能的ANSYS软件来实现复杂模型构建,然后通过相应程序将模型导入到FLAC3D中进行模拟计算,最后将计算结果导入到tecplot软件中进行后处理分析,用等值线来替代FLAC3D中的区域颜色,以实现结果的直观化操作流程。通过对某矿采场的建模和模拟计算,验证了该方法的优越性和可行性。

基于GIS-Excel快速FLAC^3D数值模拟建模方法研究

数值模拟计算模型的构建一直是地质工程中的研究热点。传统的数值模拟计算模型的构建方法需要通过编程或者购置相关的建模软件来实现,速度慢,成本高,对建模人员技术水平要求高。以AutoCAD、ArcGIS、Excel为主要技术平台,提出了一种GIS-Excel新的快速建模方法,并利用该方法,以某煤矿区的测量及地质采矿资料为数据基础,对矿区进行建模。结果表明,这种新的建模方法速度快、精度高且不易出错。

3D打印混凝土永久模板叠合柱的抗压性能数值模拟研究

为深入研究3D打印混凝土永久模板叠合柱的抗压性能,基于3D打印混凝土永久模板叠合柱及同尺寸整体现浇对照柱试验建立构件数值模型,模拟分析其轴压荷载-位移响应及失效形态。针对界面粘结性能、现浇混凝土抗压强度、打印模板厚度、荷载偏心距等参数开展3D打印混凝土永久模板叠合柱的抗压性能计算分析,研究表明:叠合柱轴压极限承载力随着薄弱界面剪切强度、刚度及现浇混凝土抗压强度的增大而增大。由于打印材料的抗压强度高于现浇混凝土,叠合柱抗压极限承载力提升率与打印模板厚度呈近似线性关系,叠合圆柱的抗压极限承载力随着荷载偏心距的增大而降低,呈近似线性负相关。此外,偏心距对叠合圆柱极限承载力下降幅度的影响大于现浇圆柱。

区段煤柱留设合理宽度FLAC^(3D)数值模拟研究

本文以河北某矿6#煤实际开采情况为背景,通过采用FLAC^(3D)数值模拟方法对留设不同宽度区段煤柱时,煤柱内应力和位移分布、煤柱宽度与巷道围岩稳定性进行了分析,得出了工作面间需留设合理煤柱宽度范围,在此基础上,结合矿井实际情况,确定采用留设6m区段煤柱方案,并进行了工业性试验。通过观测发现随着工作面的不断回采,巷道围岩先后经历无采动影响阶段、采动影响阶段以及采动影响剧烈三个阶段,巷道围岩处于可控范围之内,满足生产要求,这与按经验需留设15m区段煤柱相比,减少了煤炭损失,提高了采出率,同时本文的研究对类似条件下区段护巷煤柱的留设具有指导和借鉴意义。

FLAC^(3D)的露天矿边坡变形破坏数值模拟分析

针对露天矿边坡变形破坏严重影响露天矿安全生产的问题,采用数值模拟的方法,应用FLAC3D软件对宝日希勒露天矿南帮52剖面边坡的应力应变和位移变化进行了数值模拟分析,结果表明:南帮边坡失稳时,边坡变形失稳虽以剪切作用为主,拉伸破坏也相伴发生,坡顶起主要作用.坡体在自身重力与地应力影响下,内部发生以剪切为主的破坏,边坡整体的潜在破坏面形成,边坡坡脚处发生剪切破坏,最终形成"切层—顺层"式滑动.

Hoek-Brown强度准则在FLAC^(3D)数值模拟中的应用

为了弥补Mohr-Coulomb准则不能动态地反映岩体破坏时的力学性质的不足,克服其在工程模拟中的局限性,本文通过对比分析Mohr-Coulomb准则和Hoek-Brown准则,将Mohr-Coulomb中的内聚力和内摩擦角用Hoek-Brown中的内聚力和内摩擦角来代替,将Hoek-Brown强度准则应用于FLAC3D中,进行开采沉陷数值模拟.结合大柳塔1203综采工作面开采后的岩移观测资料,分别用Mohr-Coulomb准则和Hoek-Brown准则进行数值模拟,对比结果表明,Hoek-Brown准则更能反映实际的地表移动特征,这为FLAC3D更好地在工程中应用提供了很好的参考.

FLAC^(3D)在岩石变形局部化数值模拟中的应用

采用FLAC3D,对试样的尺寸效应、二块体地震模型、五块体地震模型和厚壁圆筒模型进行了变形局部化数值模拟研究。 所获得的模拟结果是合理的,可以在一定程度上解释自然灾害中的变形局部化现象。

磷矿地下开采地压规律的FLAC^(3D)数值模拟

以云南磷化集团有限公司晋宁磷矿2号坑口北采区深部矿体为工程背景,通过FLAC3D数值计算工具,对不同矿体厚度下深部磷矿体地下开采过程中采场、围岩的稳定性及地压活动规律进行研究。数值计算结果表明:①矿体采出后,采空区上覆岩体的自重力向周边新的支承矿壁点转移,在采空区上方形成卸压带;同时在其前方与后方两侧矿壁附近形成支承压力增压带。随着采场向前推进,超前支承压力随之前移,采场覆岩受采动影响的范围也在不断扩大。②倾斜条件下,矿体开挖后所形成的采空区上部覆岩与下部覆岩应力状态是非均匀、非对称的,整体上采场上部矿压显现程度比下部明显。③随着开采矿层厚度的增加,矿体开挖形成采矿区后,采场覆岩受采动影响的范围更大,而矿压显现的程度则减弱。采空区前方支承压力区域最大应力集中系数减小,塑性区范围增大。

爆炸荷载作用下岩体振动特性的DE-FLAC^(3D)数值模拟方法

针对岩体爆炸数值模拟中爆炸荷载参数与岩体振动阻尼参数等计算参数难以确定的问题,将具有收敛速度快、易于实现和全局寻优能力强等优点的差分进化算法(differential evolution,DE)算法融入三维快速拉格朗日差分法(FLAC3D)岩土工程数值计算程序,提出了爆炸荷载作用下岩体振动特性的DE-FLAC3D数值模拟方法.该方法从爆炸荷载参数和岩体振动阻尼参数的随机值出发,以岩体质点振动速度随时间变化过程的数值计算值与现场实测值的误差作为适应度,利用DE算法规则实现爆炸荷载参数和岩体振动阻尼参数耦合模式的合理进化,进而实现计算参数的快速自适应辨识.龙滩水电站地下厂房爆炸开挖振动试验数值模拟研究结果表明,该方法是可行的,显著提高了岩体爆炸效应数值模拟结果的精度.

基于FLAC^(3D)的粉砂岩压缩蠕变试验数值模拟研究

基于FLAC3D,建立粉砂岩单轴压缩蠕变数值试验模型,调用自定义本构模型进行单轴蠕变数值模拟试验研究,探讨单轴压缩条件下不同应力水平粉砂岩蠕变特性。数值模拟试验表明,无论是应变量值还是蠕变整体变化趋势,数值模拟的结果均与室内蠕变试验结果十分相近,反映了所建立的数值分析模型和自定义本构模型开发的正确性和适应性。分析还表明,试件顶部的瞬时应变和蠕变均较试件底部明显,反映应力由上至下的传递过程。试件形状改变对轴向蠕变影响很小,而对径向蠕变的影响极为明显;同等条件下,长方体试件的径向蠕变明显大于圆柱体试件。试件的直径和高度的变化对轴向蠕变、径向蠕变影响均很小。所获结论对室内岩土蠕变试验有较好的指导意义。

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。

高速公路软土地基沉降的FLAC^(3D)数值模拟

根据京津塘高速公路工程地质条件和处理方法建立模型,运用现场试验所获得的参数和FLAC3D程序对软土地基的变形进行了数值模拟,对地基沉降,尤其是路基表面沉降进行了分析．为了缩短沉降固结的计算时间,采用等效渗透系数,模拟结果与实际基本一致．

基于FLAC^(3D)群桩侧向动力特性试验与数值模拟对比研究

地震作用下的桩基动力响应问题一直是土动力学和岩土工程抗震领域研究的热点。本文主要基于液化砂土中3×3群桩振动台试验,采用目前常用的大型有限差分软件FLAC^(3D)进行数值模拟研究,将模拟结果与试验分析结果进行对比研究。工况包括:不同峰值加速度的正弦波和El Centro波分别输入下的群桩在干砂和饱和砂土中的侧向动力响应特性,主要对基底台面、桩头承台的加速度与位移时程关系曲线进行对比分析。研究结果表明:随着正弦波峰值加速度输入的增加,群桩横向动力响应明显,尤其是当加速度为0.15 g时砂土发生液化,反应达到最大,数值模拟结果与试验吻合较好。地震波输入工况下也可以得到类似的结论,其中干砂与液化砂土的承台加速度、位移相对台面的均有所放大,但放大倍数不同。

岩质边坡稳定性的FLAC^(3D)数值模拟分析

介绍了FLAC3D软件的基本原理及使用方法,并以德兴铜矿黄牛前岩质边坡为例,对整体边坡采用FLAC3D软件进行三维数值模拟稳定性分析,分析结果与实际相符合。

水厂铁矿边坡开挖FLAC^(3D)数值模拟与分析

本文在地质环境资料调研、岩石力学试验和地应力测量等工作的基础上,以Mohr-Coulomb屈服准则为力学模型,采用FLAC3D三维有限差分方法,对首钢水厂铁矿Ⅳ工程地质区开挖过程中边坡岩体应力场、位移场、破坏场进行了数值模拟计算,并对模拟结果进行了系统分析,以指导矿山安全开采。

基于FLAC^(3D)的复合煤岩受载破裂数值模拟及试验研究

采用FLAC^(3D)对复合煤岩模型的单轴压缩破裂进行数值模拟及试验,研究复合煤岩受载破裂应力与应变关系变化规律。针对煤样厚度、复合煤岩组合比、煤层参数、顶底板岩性等参数,对复合煤岩模型进行加载仿真研究,仿真及试验结果表明:单一煤样模型随着高度的减小,应力应变曲线整体阶段存在尺寸效应;改变煤岩组合比例时,其抗压强度基本不变,随煤样比例增大,复合煤岩的整体弹性模量减小,整体刚度减小;单一改变复合煤岩的煤样参数时,随煤样弹性模量增大,复合煤岩的弹性模量越强,应力应变曲线峰值点越高,对应应变越小;单一改变顶底板岩性,对复合煤岩模型的应力应变曲线影响不大。试验结果和仿真结果变化趋势一致,表明所建模型具有一定正确性和适用性。

顶柱稳定性的FLAC^(3D)数值模拟研究

以徐楼铁矿一矿带防水顶柱回采为工程背景,为了在保证安全的前提下回收尽可能多的回采顶柱,提高资源利用率,针对回采防水顶柱的复杂性和危险性的特点,利用FLAC3D软件对部分防水顶柱的回采进行数值模拟分析。对顶柱回采过程中不同回采高度条件下顶板的受力情况进行了模拟分析,得出了回采过程中不同回采高度条件下顶板最大主应力大小及其分布规律,并以此作为判断岩体发生张性破坏及其影响范围的依据,从而分析得出了顶柱安全回采高度,为矿山设计及开采提供理论依据。

不同开采矿层数目深部磷矿体地下开采矿压活动规律的FLAC^(3D)数值模拟研究

以云南磷化集团有限公司晋宁磷矿2号坑口北采区深部矿体为研究对象,通过FLAC3D数值模拟分析,对其深部矿体地下开采过程中,不同开采矿层数目条件下磷矿地下开采过程中采场顶板、围岩的稳定性及矿压活动规律进行系统研究。研究结果表明,1)沿矿体倾斜方向,采场覆岩矿山压力可划分为采空区前方原岩应力区、采空区前方支承压力增压区、采空区上方及附近区域的卸压区、采空区后方应力降压区、采空区后方应力稳定区、采空区后方支承压力增压区、采空区后方原岩应力区等七个区域,伴随着采场的开挖推进,上述七个区域发生复杂动态变化直至平衡;2)与单层矿开采相比,双层矿开采完毕后,采场覆岩矿压显现特征更为明显,但矿压活动整体上趋于缓和。相关结果可为云南磷化集团有限公司所属矿山及类似条件的磷矿山地下开采工程提供一定的参考依据。

基于Flac^(3D)数值模拟的阶段回采顺序研究

通过Flac3D数值模拟软件,以矾山磷矿为载体,就2个阶段不同回采顺序下顶板的应力、位移等特性进行了模拟。采用阶段下向回采时采场和围岩处的应力值要小于阶段上向回采时的应力值,有利于采场的稳定性。采用下向阶段回采的方式时,上阶段的充填体在本阶段回采过程中充当了上覆岩层变形的缓冲体,限制了变形的充分发展,减小了上覆岩层的变形。

基于FLAC^(3D)数值模拟的巷道围岩稳定性及支护参数设计研究

为了巷道支护设计的合理性,确保矿井的安全生产,采用理论分析和FLAC3D数值模拟对巷道围岩稳定性进行分析,利用悬吊理论、压力拱理论对巷道的预紧力、间排距等支护参数进行了校核,得出锚索的支护强度满足支护要求;然后利用模拟分析,对不同的锚杆长度和排距进行分析,研究从围岩应力、巷道断面收缩率以及塑性区分布进行分析对比,研究得出,锚杆的最优长度为2.0 m,锚杆最优的排距为0.8 m,研究为类似地质条件下巷道的支护设计提供一定借鉴意义。