多采空区干式充填与带式胶结充填力学性能数值模拟研究

针对某萤石矿多采空区的工程概况,采用充填法治理采空区过程中提出了带式胶结充填体结构,运用3DEC离散元软件进行数值模拟计算,以空场法下采场的力学性能为基准,对传统废石干式充填与带式胶结充填2种不同充填方式下采空区进行沉降位移场、塑性区、应力场分析。结果表明:空场法下5号矿房顶板与左侧间柱出现塑性区贯通现象,有顶板坍落,间柱溃倒的风险;传统废石干式充填下5号矿房顶板与左侧间柱塑性区面积大幅减少,但是由于废石自身重力作用顶板沉降量增加了12%;带式胶结充填下5号矿房顶板与左侧间柱塑性区仅零星分布于受拉应力较大的临空面,顶板沉降量下降了4.33%,5号矿房上下盘收敛位移较空场法下降了12%。研究表明在不考虑充填成本的情况下,采用带式胶结充填治理多采空区,具有更优良的效果。

深井岩巷空顶区失稳及安全空顶距研究

为解决深井岩巷掘进过程中空顶区冒顶、片帮的安全问题,以吕家坨矿-950四采区回风道为工程背景,综合采用理论分析与数值模拟相结合的方法开展研究。运用卡斯特纳公式计算了巷道开挖之后塑性区半径为3.19 m,以此为基础建立了一端简支一端固支的空顶区岩梁力学模型,推导出了最大空顶距表达式。研究结果表明,-950四采区回风道的安全空顶距为2.6 m;运用GDEM模拟分析了不同工况下围岩的应力和损伤情况,模拟结果表明前方岩壁的支撑作用要明显高于后路锚杆对顶板的支撑作用,Ⅲ型工况下围岩的应力和损伤情况与Ⅱ型工况相差不大,考虑炮孔深度受限,空顶距为2.4 m时较为合适。

基于FLAC^(3D)对某铅锌矿巷道稳定性及采空区治理方案研究

根据Hoek-Brown准则,采用Roclab1.0软件对岩石力学实验参数数据计算,获取矿体和围岩的岩石力学参数,在此基础上运用FLAC^(3D)数值模拟铅锌矿山矿体回采后,采空区围岩及巷道最大主应力、竖向位移、塑性区的变化情况,判定铅锌矿体回采对现有巷道的影响,最终为现场采空区治理提供相应的理论依据。

软岩巷道高预紧力长锚索“倒梯形”支护方案设计

为研究软岩巷道锚索锚固区内外顶板离层机理,以贯屯煤矿50213工作面回风巷为工程背景,基于叠加法原理建立软岩巷道锚索锚固区内外顶板离层力学模型,推导得到了锚索锚固区内外顶板离层量及锚固载荷的计算公式,分析了锚索锚固区内外顶板离层量的影响规律,确定了各因素的影响程度,依次为巷内顶板支护强度>实体煤帮支护强度>煤柱支护强度。通过相似模拟对锚索锚固区内外顶板离层演化规律和离层原因进行了分析,并提出了高预紧力长锚索“倒梯形”支护技术,并通过数值模型对围岩控制效果进行模拟,结果表明:优化后围岩塑性区显著减小,顶板最大下沉量较原方案下降了50.7%;帮部最大位移较原来下降了38.2%,有效解决了软岩巷道锚索锚固区内外顶板离层的问题,保证了巷道围岩的稳定性。

两翼工作面采动影响下采区大巷围岩变形破坏特征

与单翼采区相比,两翼工作面开采能提高煤炭资源开采效率和巷道利用率,然而两翼工作面先后回采对采区大巷具有多次采动影响,易导致采区大巷围岩变形加剧,甚至破裂。本文通过数值模拟、理论分析和现场实测等方法,研究了内蒙古利民煤矿I0309采区大巷在两翼工作面顺序采动影响下的应力分布及变化特征,分析了采区大巷围岩大变形机理,确定了I030901工作面停采线合理位置,研究结果对两翼工作面开采采区大巷的稳定维护具有重要的参考价值。

大型深埋硬岩矿山回采优化的数值模拟研究

随着地下资源大规模开发,大型深埋硬岩矿山回采稳定性逐渐得到重视。结合某矿山可行性研究,通过前期基础性地质勘查,取得了矿区原岩应力和岩石的物理力学性质,在此基础上利用FLAC软件进行空区(群)稳定数值模拟。选择最大拉应力、最大压应力、塑性区面积、拉破坏区面积和关键点位移作为判别指标,考虑地下空区开挖过程,通过正交试验设计,分析了考虑不同稳定评价指标情况下采场结构参数对于采场稳定性影响,得出了最优的采场结构参数,通过综合分析得出了供设计参考的采场结构参数。

安徽肥东地区造山带的韧性剪切带特征

安徽肥东地区识别出一条与造山带有关的韧性剪切带（烟头山韧性剪切带），不同于郯庐断裂带韧性活动产生的呈带状产出的韧性剪切带（糜棱岩带），岩相学上表现为矿物的重结晶作用，并有新生的矿物形成，变质程度已达低角闪岩相。构造学上表现为强烈的塑性变形、动态恢复及重结晶作用，以及较活动组分的流失等特征，导致岩石体积的缩减和矿物优选方位的增强。

基于突变理论的重力坝沿建基面失稳判据研究

突变理论注重研究系统状态发生突变时外界的控制条件,主要阐述非线性系统如何从连续渐变状态向系统性质突变的转变。混凝土重力坝不仅材料本身非线性明显,并且系统也具有较强非线性特性。基于突变理论,研究了突变理论应用于重力坝系统抗滑失稳的可行性,并分别从能量突变、位移突变以及塑性屈服区面积突变进行了重力坝沿建基面的失稳判据研究。通过分析计算结果并将其与传统分析方法比较后指出,对于不同出发点的突变判据,所得到的结果并不一定一致。为了更好的表征结构的性态的转变,应当选择合适的突变指标,以客观反映系统的状态变化,比如本文中的总塑性应变能指标。同时失稳判据的确定不能仅依赖于一种方法,应该建立一种综合评价的方法体系。

销孔间隙与孔壁承压容许应力取值研究

销连接是现代钢结构连接常用的形式,然而销孔与销轴之间不可避免地存在间隙。利用ANSYS软件研究销孔间隙对耳板孔壁承压容许应力的影响。在弹塑性阶段,通过详细的数值分析以塑性区面积为"桥梁"研究了销孔间隙对耳板孔壁承压建议容许应力的影响。将得到的离散数据进行解析拟合,给出了耳板承压建议容许应力随销孔间隙变化的公式。

岩性弱结构巷道围岩的塑性区与松动圈形态

根据煤系地层赋存的不均一性和巷道围岩变形破坏的不均衡性，提出了巷道围岩弱结构与弱结构体的概念：在数值模拟及现场实测的基础上，分析了不同类型、断面形状及围岩应力状态下的岩性弱结构巷道塑性区的分布特征，以及岩性弱结构巷道围岩松动圈的发育特征。研究结果为岩性弱结构巷道的非均称控制提供了依据。

双层空区开挖顶板稳定性的FLAC^(3D)数值分析

利用FLAC3D软件建立双层空区数值计算模型,根据厚度折减理论分析开挖后空区的安全顶板厚度和应力、变形、塑性区的分布情况,得到:安全顶板厚度与空区跨度之间符合线性关系;当跨度较小时,上部空区处于压应力状态,下部空区处于拉应力状态,最大拉应力随跨度的增大而增大;当系统达到临界状态时,上、下空区顶板的竖直位移最大,上空区的大位移区域面积明显大于下空区的大位移区域面积;空区对整体位移存在一定影响,如水平方向对整体位移的影响范围大致为跨度的1.5倍,且两空区之间存在相互作用,在大位移区域两空区显示出相互接近的趋势;当跨度较小时,上部空区顶板主要发生剪切破坏,下部空区两侧帮发生拉剪破坏,随着跨度的增大,此范围破坏形式转变为冲切破坏,整体塑性区面积明显增大,下部空区顶板塑性区逐渐发展,并延伸至上空区。

普立特大桥隧道式锚碇围岩系统的变形规律及破坏机制

针对普立特大桥普立岸隧道式锚碇围岩系统的变形规律及破坏机制问题,采用有限差分法对其进行三维弹塑性模拟,分析了随着荷载的增加系统的塑性区、位移及应力的发展情况.数值结果表明:1设计缆力时,锚碇-围岩系统的位移均维持在mm级;继续加载,锚碇和周围岩体的位移形成的驼峰逐渐明显;至极限状态时,根据锚碇围岩的位移矢量图可勾勒出围岩的破坏范围,其中锚碇上、下部围岩的破坏范围分别为锚碇后锚面宽度的1.1倍和0.5倍;2系统在设计缆力下具有足够的安全稳定性,加载至8倍缆力时,锚碇的环向和径向的围岩塑性区均达到贯通,加载至极限状态时,锚碇周围岩体的塑性区分布形态呈倒塞体状;3根据监测点的位移变化、锚碇围岩塑性区分布及应力扩展情况得到,系统的破坏由锚碇带动周边部分岩体发生整体拉-剪破坏.

大红山铜铁矿地压活动规律数值模拟分析

频繁的地压活动对大红山铜铁矿安全生产构成了严重威胁。通过矿区地压演化过程的数值模拟分析,掌握了矿区地压活动产生的原因及规律,根据模拟结果提出了相应的治理措施。研究结果对控制矿区地压及安全生产具指导作用。

四孔小净距隧道浅埋下穿高速公路施工力学特性

基于摩尔库仑破坏准则并结合数学优化方法,考虑夹层围岩应力、洞室变形及路基沉降等关键指标建立安全度综合评价方程,定量优化方案,并研究最优方案下考虑施工过程及支护效应的隧道施工力学特性。研究表明:先行的右车行洞与人行洞之间夹岩的应变贯通,车行洞覆土沉降呈漏斗状,仰拱出现隆起,且先行的车行洞塑性应变多集中于拱腰位置,后开挖的左车行洞拱顶下沉及侧向变形较大,可见先行隧道的卸载及应力释放效应不可忽略,施工中应注重对先行洞的中夹岩进行注浆加固,并对车行洞左拱脚设置锁脚锚杆、拱部注浆等措施;上台阶开挖时拱顶下沉和上覆路基沉降急增,下沉值超过总变形值50%,若围岩恶化或环境控制标准更严格,应考虑采用短台阶预留核心土法或双侧壁导坑法开挖;隧道上覆路基沉降呈非对称的“W”形分布,且后行的左车行隧道沉降较大,计算结果得到现场监测数据验证;管棚落脚处及与围岩接触面存在应力集中区,揭示大刚度管棚的应力传递作用,管棚的设置可有效降低拱顶下沉及路基沉降,保证了上覆路基总沉降值小于20 mm,满足设计要求。研究工作可为类似工程提供技术支撑及工程指导。

厚煤层分岔区下分层回采巷道位置选择

针对分岔厚煤层下分层难以确定回采巷道位置这一问题,通过采用室内试验对夹矸层和3下煤层受采动影响破坏进行分析。采用数值模拟对6种不同方案下围岩的应力分布规律、巷道变形特征和塑性区分布情况进行分析,结果表明:与煤柱中心的水平间距为30 m处巷道围岩稳定性较好,其巷道围岩塑性区范围及变形量小。通过现场监测对巷道稳定性进行验证,表明在距离残余煤柱30 m处布置回采巷道,围岩的变形量比较小,巷道围岩具有良好的稳定性。研究结论为类似条件下的巷道位置选择提供了借鉴。

突变理论在某重力坝建基面失稳判据中的应用研究

对比分析了重力坝沿建基面失稳的位移突变判据、塑性区面积突变判据、塑性应变能突变判据三种判据的合理性,通过工程实例对折叠突变模型、尖点突变模型和燕尾突变模型的计算结果和可行性进行了比较分析,提出了基于理想弹塑性有限元计算的重力坝沿建基面失稳判定方法。结果表明:用塑性区面积突变判据或塑性应变能突变判据进行重力坝沿建基面的稳定性判定比采用位移突变判据计算结果更为合理;用尖点突变模型和燕尾突变模型进行重力坝沿建基面的稳定性判定计算比采用折叠突变模型结果更为合理;采用尖点突变模型的计算量比燕尾突变模型小很多,是研究重力坝建基面失稳的较合理有效的突变模型。

基于FLAC3D的采区煤仓开挖对围岩稳定性影响规律研究

以鲍店煤矿七采区新建3#煤仓为研究对象,结合采区煤仓高地应力、泥岩围岩地质条件,运用FLAC3D软件,通过数值计算对比分析,对不同直径开挖过程中围岩应力赋存状态、塑性区厚度、仓壁表面位移等重要参数进行可视化分析,根据计算结果得出煤仓直径的大小对周围岩石和巷道的影响规律。最后通过对计算结果中的应力分布规律、仓壁围岩变形特征和塑性区发育厚度进行稳定性分析,最终确定煤仓的大小,为后序支护参数设计及施工提供理论依据。

基于机器学习的锚固岩质边坡变形预测

锚索锚固是一种广泛使用的边坡加固技术,锚固性能的研究是锚固的核心问题之一。利用有限差分程序建立324组物理力学参数不同的锚固边坡,组成包括锚索参数和岩土体性质参数的9维输入指标和以沉降位移和塑性区面积为输出指标的数据集,分析输入输出指标间的关系。随后用随机森林和神经网络方法学习数据并建立层状边坡变形预测模型。分析显示,边坡沉降位移和塑性区面积预测结果变化对锚索性质参数中锚索总长度变化最敏感,锚固力的变化影响最小;岩土体物理力学性质中边坡力学指标黏聚力、内摩擦角起主要影响作用,岩土体密度变化影响最小;对预测结果的误差分析表明随机森林变形预测模型预测准确性比反向传播(back propagation, BP)神经网络变形预测模型高5%~10%;模型预测沉降的偏差率小于预测塑性区面积的偏差率。研究表明随机森林算法在锚固效果预测问题上更加具有适用性,通过建立预测模型可以快速预测锚固边坡沉降位移和塑性区面积,指导锚固方案优化和变形控制设计。

刀柱采空区上行开采应力分布规律数值模拟

针对大同矿区刀柱采空区安全上行开采问题,运用UDEC数值模拟软件研究了刀柱采空区形成时和上行长壁开采过程中采场应力分布特征以及刀柱煤柱的塑性区分布规律。研究表明:下煤层刀柱开采引起刀柱煤柱应力集中;上行开采引起刀柱煤柱应力分布的进一步演化,根据各刀柱煤柱受采动应力的影响将其分为应力降低区、应力升高区和应力稳定区;主关键层初次破断时,超前位于上行工作面下方的刀柱煤柱应力峰值及塑性区分布范围达到最大。晋华宫矿刀柱采空区上行开采底板位移观测情况验证了研究成果的可靠性。

寒区公路填石路基施工关键技术与稳定性分析

为了研究寒区公路填石路基施工关键技术与稳定性,针对寒区公路填石路基施工特点,选取扎碾公路隧道弃渣土石料作为路基填料,采用“静压1遍+弱振1遍+强振4遍+静压1遍”的压实方法,利用FLAC 3D数值计算模型分析了寒区公路填石路基的总位移、塑性区和整体稳定性。研究结果表明:(1)寒区公路填筑路基的最大位移随填筑次数的增大而增大,最大位移为36 mm;(2)路基填筑前后,整个基岩坡体的整体稳定系数由3.87降低至1.59;(3)在施工时应特别注意对基岩坡体表面的清理工作,防止基岩与填石路基间出现夹层土。