基于实测的采空区稳定性数值模拟分析

准确掌握采空区的三维形态和空间位置是进行采空区稳定性数值模拟的关键。介绍了空区三维激光探测系统（cavity monitoring system,CMS）的基本构成、工作原理及探测方法。结合冬瓜山铜矿采空区的实际情况,在采用CMS准确探测采空区的基础上,应用Surpac建立采空区三维模型和矿区地学三维模型,提出采用数据转换的耦合模式将Surpac与Phase2耦合构建数值计算模型,进行数值模拟计算,根据模拟计算结果对采空区的围岩稳定性进行了分析。研究结果表明,将CMS,Surpac和Phase2三者的优势结合起来,可为岩土工程的稳定性数字模拟研究提供一条新的有效途径。     

黄土高边坡变形破坏机理的数值模拟研究

采用非线性弹性和弹塑性有限元法模拟了黄土地区某高速公路黄土高边坡在不同降雨条件和地震条件下坡体应力场变化及变形破坏规律,结果认为:随降雨人渗量的增加,边坡土体的含水量逐渐增大,其塑性破坏域不断扩大;地震作用使坡体最大主应力和剪应力明显增大,应力集中带的范围扩大,坡体内塑性区迅速扩大;黄土高边坡的破坏方式为滑塌型,其变形破坏过程为坡体蠕动→后缘拉裂→滑带在坡体中下部形成并向两侧扩展→剪出口形成→坡体突滑.这些规律的认识对黄土高边坡稳定性评价和设计方案确定具有重要意义.     

细长窄煤柱破坏机理的数值分析

对特厚煤层条件下采用螺旋钻机开采细长窄煤柱的破坏过程进行了数值模拟。模拟结果再现了开采过程中煤柱破坏发生、发展直至塑性区贯通破坏的全过程,并从应力场演化分析了煤柱破坏过程的应力分布特征及破坏机理。     

某边坡变形破坏机理的数值分析

某花岗岩矿岩土体主要有填土、粉质粘土、淤泥及淤泥质土、含泥中粗砂、粘土、残积砂质粘土,其下为花岗岩基岩。边坡最大高度75m,其中残积土层以上的土质边坡高度约50m。本文运用有限元强度折减法对该边坡的稳定性进行了研究,得出了潜在的破坏模式及各个滑动部分的安全系数。分析结果表明,本边坡存在3个潜在滑动面,其中两个为浅层滑动面,另一个为深层滑动面。两个浅层滑动面的稳定系数在1.13～1.17,处于临界状态。深层滑动面稳定性系数在1.29,目前尚处在相对稳定状态。根据分析结果,提出了如下加固措施:（1）对滑坡体进行削坡处理;（2）在其滑动面下方设置抗滑台阶;（3）采用预应力锚索框架梁结合肋柱进行加固处理。     

云阳新县城高边坡变形破坏机理与数值模拟

三峡库区云阳新县城高边坡的主要破坏形式有坡面剥落、滑移式崩塌和岩块坠落.未支护的高边坡变形破坏的主要控制因素包括软、硬相间的斜坡岩体组成结构,软弱泥化夹层,含膨胀性矿物及区域性构造裂隙和卸荷裂隙.利用RFPA软件模拟了高边坡在不支护条件下变形破坏的发展趋势.     

基于Flac-3D的盐源县玻璃村滑坡变形破坏机理数值模拟

2018年7月19日凌晨5点40分左右,四川省凉山州盐源县桃子乡玻璃村发生一起特大型滑坡地质灾害,为了查明其变形破坏机理,通过现场调查、室内外试验及数值模拟等方法,在查明滑坡地质背景基础上,对其发育特征进行分析,并基于Flac-3D有限元软件强度折减法计算滑坡天然及饱和工况下的稳定性系数.通过对比分析两种工况下塑性区及...     

不同开采条件下采空区地表变形机理的数值模拟研究

通过建立数值模型,模拟不同采深、采宽、采厚及不同开采倾角下采空区地表的变形,通过数值模拟及计算得出各开采条件下地表的下沉曲线及水平移动曲线,进而分析地表变形规律及变形机理,为研究开采引起的地表变形提供一种便捷的方法。     

基于FLAC3D模拟的大规模采空区破坏概率研究

采空区稳定性的问题由来已久,但目前对采空区的整体稳定性评价结论几乎仍停留在定性层面上,特别是对于条件复杂的大规模地下矿山采空区,若能将其量化则在很大程度上将会对矿山安全提供一定的保障。针对大规模采空区稳定性的难题,在数值模拟的基础上引入采空区破坏概率的概念试图解决这一问题。在FLAC3D后处理的过程中,结合统计学中概率的基本原理,利用Excel的风险分析插件@Risk对FLAC3D网格单元的计算结果进行统计分析,并以95%的置信区间为准,从主应力、剪切破坏判据Fs以及弹性应变能等方面深入研究分析采空区的破坏概率,进而将采空区稳定性问题得以量化,同时得出了大量岩石网格单元主应力和弹性应变能分布服从韦布尔分布(Weibull)和对数正态分布(lognorm)的规律。量化不仅解决了空区稳定性的问题,也将为数值模拟开拓更为广阔的应用空间。     

基于FLAC3D的煤矿采空区变形数值模拟分析

本文选取拟建国道丹阿线新华至英安段煤矿采空区作为工程背景,在有限差分软件FLAC^3D基础上,建立采空区模型。研究了在自重应力作用下,采空区上覆岩层及地表变形规律,并且得出了开采过程中的应力-应变规律。分析结果表明：由于地下煤层的开采,原有的地质状态发生了变化;最大主应力发生在采空区的边界以及顶板位置,出现了明显的应力集中现象,在顶板的上部,其最大主应力呈现出从上至下逐渐增大的变化趋势,主应力主要表现为压应力;在采空区的顶板位置最容易发生沉降变形破坏,越靠近采空区的顶部位置,产生的垂向位移则越大,岩层随着远离采空区,产生的垂向位移则逐渐减少;塌陷盆地不对称,地表沉降位移的最大值发生在塌陷盆地中部、偏于下山方向;多层采空区开采结束后,沉降位移达到最大值,最大位移达到了791 mm。通过概率积分法的理论计算,得到研究区域最大沉降值为830 mm,得出概率积分法和FLAC^3D数值模拟方法两者的结果相互吻合。     

深部岩柱在动态扰动下力学响应的数值模拟

在复杂应力状态下对深部岩柱动态扰动的力学响应进行了数值模拟。通过改变侧压系数,来改变岩柱所受的地应力状态,进而分析不同应力状态下岩柱对外界动力扰动的力学响应;通过改变动态扰动的作用时间,来分析动态扰动时间的变化对处于不同应力状态下的岩柱稳定性的影响。数值模拟结果表明,动态扰动对巷道岩柱破坏的触发与岩柱所处的地应力状态密切相关,侧压系数越小,外界的动态扰动对其影响就越明显。动态扰动的作用时间也是影响巷道岩柱稳定的重要因素,随着应力波作用时间的延长,动态扰动给巷道稳定性带来的影响越大。     

基于高密度电法的煤炭采空区数值模拟及应用

为进一步了解高密度电法不同装置的探测效果,有效选择高密度电法在探测煤炭采空区时的采集装置,建立典型煤炭采空区地电模型进行多种装置的正反演数模计算并进行工程应用。结果表明,高密度电法中各种装置能有效反映采空区异常,但采空区的形态易受地层不均匀影响发生畸变。其中,偶极装置在查明煤炭采空区的位置和形态应用中效果最好,温纳α装置能详细确定采空区围岩电性特征和地层分层情况,结合数值模拟计算分析结果在实际铁路工程勘察中进行煤矿采空区的勘察,取得良好的效果。     

重力作用下顺层岩质边坡破坏机理数值模拟研究

利用UDEC软件模拟了北京市石景山区模式口西里小区47号楼南侧不稳定岩质斜坡,并结合现场勘查及室内试验得到的边坡地形数据及材料参数,模拟出斜坡的渐进破坏过程。根据数值模拟结果,从应力及位移的角度对顺层岩质边坡破坏机理分析讨论。最后,采用UDEC中的刚体模型,较真实地展示了重力作用下顺层岩质边坡坡体的破坏运动过程。     

顺层岩质边坡渐进破坏及失稳机理的数值模拟研究

提出了利用Lagrangian乘子网格来模拟顺层边坡层间结构面接触行为的方法,并推导了考虑接触约束的Lagrangian控制方程的弱形式及其有限元离散方程。Lagrangian乘子网格容许界面出现较大的切向滑移,较好地解决了接触问题中的高度非线性和响应不平滑性。应用以上方法对沪－蓉－西高速公路某顺层岩质高边坡进行了数值模拟分析,得到了临滑状态下的位移场、应力应变场、结构面上的接触状态、层间滑移距离以及接触摩擦力的分布规律。数值模拟结果表明,顺层岩质边坡的破坏是一个渐进的过程,由最初的层间错动,发展为顺层蠕滑,最后在坡底剪出而破坏;其破坏型式由最初的顺层滑动逐步向溃曲破坏转化。     

砂土的渐进破坏及其数值模拟

紧密砂土在排水剪切过程中由于材料的应变软化特性,会出现变形局部化并伴随剪切带的产生。对此类问题进行数值模拟时会遇到很多困难,比如如何模拟紧砂的应变软化特性,如何处理有限元数值分析过程中刚度矩阵的非正定导致计算结果发散问题,以及如何处理应力不连续的问题,拟针对以上问题进行了探讨。     

采空区对输电线路稳定性影响三维数值模拟分析

为研究地下煤矿采空区垮塌对其地表变形及其上建筑物安全性的影响,本文依托750kV渭延线送电工程,以Z149#～Z154#段输电线路为研究对象,利用MIDAS数值模拟软件建立了其三维分析模型,通过两种工况的模拟,对场区在不同开采作用形成的采空区影响下塔基变形及邻近边坡的稳定性进行了分析,获得如下结论：（1）现有工况条件下,形成的采空区主要对149#塔及150#塔产生较大影响,模拟结果显示,149#塔与150#塔之间Z方向位移最大达到0.7259m,与实际观测得到的该段地表最大沉降0.65m相比基本一致,模拟结果能反映实际变形情况;开采对149#、150#、151#塔塔基的不均匀沉降有所影响,塔脚间最大沉降差达到0.0091m,与现场实测150#塔脚最大沉降差0.0085m相比,结果基本一致;最不利剖面仅出现在149#塔、150#塔附近的边坡中,但均未形成贯通性滑移面,不会出现边坡失稳。（2）最终工况条件下,形成的采空区对场区内所有塔基均有影响,各塔Z方向的位移与现有工况相比均呈增大趋势;开采造成的塔脚最大沉降最大可达0.0120m,且150#塔、151#塔、152#塔产生的最大沉降差过大,需加强监测;各塔附近的边坡均受到开采的影响,但未形成贯通性滑移面,不会出现边坡失稳。本文研究内容可为采空区上覆输电线路及其他相关建筑物的安全运营和防治提供技术支持和参考。     

公路隧道下伏采空区施工影响数值模拟分析

随着公路隧道的不断兴建,一些工程不可避免地要穿越采空区,相应地会给隧道的施工带来风险与潜在危害。从下伏采空区与隧道的空间相对位置建立有限元数值模型,分析不同距离条件下采空区对隧道结构之间的影响。计算结果表明,下伏采空区的存在对公路隧道结构和围岩稳定性的影响是显著的,当采空区与隧道的距离小于10 m时,其不利影响非常明显,施工中必须采取较强的预加固措施;下伏采空区对隧道结构影响的临界距离约为40 m,当此距离小于40 m时,必须考虑采空区对隧道结构和围岩稳定性的不利影响。     

条带开采采空区覆岩移动规律数值模拟分析

为了准确而有效的掌握条带开采上覆岩层移动机理,采用FLAC3D数值模拟软件,对辽宁省灯塔市西马煤矿北二采区西上岗子村下压12煤采空区上覆岩层变形传播机理进行研究。模拟研究表明,采用FLAC3D软件可以较好地模拟条带开采上覆岩层长期变形特征。通过对各采空区和煤柱顶板及对应地表布设位移测点,得到顶板和地表不同时间段的竖向位移变化曲线。研究结果经分析得到,煤层开采后采空区顶板在自重和上覆岩层作用下,短时间内变形状态仍有较大变化;开采后21个月,各采空区顶板沉降变形开始趋于稳定;24个月后各煤柱顶板沉降变形开始趋于稳定;27个月后地表沉降变形开始趋于稳定;最终,采空区上覆岩层应力分布重新达到平衡。     

沈丹客运专线本溪段下伏采空区的数值模拟分析

为分析沈丹铁路客运专线本溪段的路基稳定性,为铁路客运专线建设提供依据,利用概率积分法进行了预测,并采用有限元软件ADINA进行了数值模拟。建立三维模型,分析了采空区残余变形对客运专线的影响,并对采空区注浆后的状态进行了模拟分析,得到了注浆前、后沿路基方向下沉、沿路基方向水平移动、垂直路基方向水平移动的数值。研究表明,采空区处于基本稳定状态,地表移动和变形是均匀渐变的,不会出现突然塌陷,但采空区上方出现了应力集中和塑性变形,地表移动仍会对铁路客运专线的运营造成影响,考虑未来可能产生的残采和复采以及铁路行车荷载的作用,也可能会出现老采空区活化,宜采取措施进行加固;对采空区进行注浆后地表的移动和变形值较小,达到了铁路客运专线的要求,采空区注浆能有效地控制地表移动和变形。     

基于极限应变判据-动态局部强度折减的边坡破坏演化数值模拟

岩土材料具有极限应变特征,其值可以通过室内试验或数值模拟方法求得。边坡岩土体主要为剪切破坏,可采用极限剪应变作为材料破坏的判据。事实上,边坡岩土体强度参数劣化并非整体性的,而是一个渐进性局部损伤至整体失稳的过程。本文基于极限应变判据,建立了边坡破坏的动态局部强度折减方法,此方法对边坡中超过极限剪应变值的单元进行强度折减。通过不断折减计算过程中产生的超过极限剪应变值单元,直到坡内超过极限剪应变值的单元贯通,认为边坡整体发生破坏。将该方法应用到实际边坡工程中,计算结果和边坡破坏模式及变形监测数据基本吻合。此方法在分析边坡渐进性破坏及稳定性评价方面具有较好应用前景。