俯斜式混凝土重力挡土墙强震反应数值模拟

首先,介绍了基于OpenSees独立开发的一套用于挡土墙-土地震反应相互作用有限元分析计算软件RW_2DPS.据此建立了俯斜式混凝土重力挡土墙-土强震相互作用有限元模型.模型中,引入非线性有限元计算方法,选用多屈服面弹塑性本构模型模拟砂土的动力属性,应用零长度接触单元模拟墙与土体之间的接触特性,且采用一致耗能阻尼边界与速度边界条件.最后,输入随机地震动,进行挡土墙-土强震反应分析,并重点探讨墙背地震土压力和水平地震惯性力沿挡土墙高度分布规律.结果表明,墙背动土压力峰值出现在距挡土墙底约1/3墙高处;挡土墙背加速度具有放大效应,加速度峰值出现在挡土墙顶部;不同地震动作用下,加速度放大系数沿墙高分布规律不同,动土压力沿墙高变化规律基本一致.     

构造应力场三维数值模拟的有限单元法

目前构造应力场的研究主要是基于平面的二维分析,随着油气成藏过程三维模拟的发展,应力场的三维数值模拟显得越来越重要.从三维空间角度出发,分析了应力场的有限元模拟与求解的整个过程.基于不规则六面体单元的角点网格数据模型,对有限元求解法进行了分析与研究并提出计算方法.基于不规则角点网格数据模型的三维构造应力场有限元计算方法是本文的创新点.最后用上述方法对东营凹陷的牛庄-王家岗区域三维应力场进行了实际模拟计算,计算结果相比于其他数据模型更符合实际情况.      

上海市浦西地区地下水三维数值模拟

以上海市浦西地区第二承压含水层和第三承压含水层为例,利用实际资料以及部分插值的方法,建立了该区地下水系统完整三维数学模型,较好地解决了相对隔水层缺失区越流系数无法调试的问题,为上海市整个地下水含水系统建立完整三维水流模型以及沉降模型奠定了基础.     

矿井电法三维有限元正演模拟--直流电透视方法技术研究

通过工作面两巷道间直流电透视三维正演模拟、资料解释方法以及正演实例分析，表明不同装置形式的直流电透视技术仍属于体积勘探。但不同的测量方式对应于不同的电场分布特性，且能分别突出探测目的层(煤层内或顶底板岩层内)的异常特征。为解决采煤工作面附近的具体地质问题，使用相应的方法可提供理论依据。     

电法测井的三维有限元模拟

研究了不同测量方式(井-地,地-井,井-井)下点源场井中电法的三维有限元数值模拟.考虑到深度方向上大范围的网格剖分和井眼的影响及井-井测量等因素,采用放射状三棱柱单元的网格剖分方式,以提高网格质量,减少剖分单元数;给出了三棱柱单元的坐标变换公式,进行精确的单元积分,减少了单元积分时间;结合非结构化网格技术,实现了复杂模型的模拟;开发出相应的程序实现了复杂条件下(如考虑井眼影响、井井测量、倾斜井情形、地形起伏等)电法测井的三维有限元模拟,数值算例验证了方法的可靠性及计算效率,并对不同情形下的异常响应进行了分析,为进一步的反演工作奠定了基础.     

三维地面断面电阻率测深有限元数值模拟

用有限单元法进行了电导率分块均匀的三维点源电场电阻率测探的数值模拟。首先给出了三维构造中点源电场的边值问题、变分问题；然后，用有限单元法求解变分问题，将区域剖分成六面体单元，在单元中进行三线性函数插值，将变分方程化为线性代数方程组；最后解方程组，得各节点的电位值，进而计算出地表的视电阻率。对几例较典型的地电模型进行试算，结果表明本方法是行之有效的。     

特大超深基坑分段施工技术的数值模拟研究

本文针对正在建设中的润扬大桥特大深基坑的分段施工过程进行了三维有限元仿真模拟，得出了冻结壁和内衬可以承受施工期间发生的变形和拉（压）应力，没有超过允许值而不会失稳的结论。并和理想大开挖情况下，无衬和有衬时的弹性分析结果以及分别采用实体单元和壳单元模拟内衬时的弹塑性计算结果及轴对称情况下的ANSYS计算结果进行了比较，取得了较为一致的结论。     

巷道直流电阻率法超前探测三维数值模拟

针对巷道直流电阻率法超前探测的三维数值模拟,应用代数多重网格快速算法对二次场的有限差分问题进行求解。将均匀全空间板状体数值结果与解析解对比,最大误差不超过0.28%。模拟结果表明,巷道空腔对测量结果存在一定影响,采用比值曲线消除该影响,修正后的视电阻率极值与理论值误差为2.4%。进一步研究受旁侧影响的前方异常识别方法,可通过在不同巷道面进行定点源测量或掘进过程中的定点测量来识别旁侧影响,达到准确探测前方异常的目的。     

三维全空间坑道直流聚焦超前探测数值模拟

应用同性点源之间的相斥和聚焦原理,设计出适合坑道空间的垂直聚焦超前探测方案。利用有限元法结合高效行压缩存储格式及迭代求解算法,对三维坑道空间中聚焦超前探测效果进行模拟研究。数值计算结果与土槽物理模拟实验结果对比,说明设计方案达到l了聚焦超前探测的目地。通过坑道复杂模型计算,表明垂直聚焦观测方案能够有效探测前方和旁侧存在的不良地质体。     

陕甘宁盆地中部靖安地区现今应力场三维有限元数值模拟及其在油田开发中的意义

本文在建立合理地质模型、力学模型和数学模型的基础上,用三维有限元数值模拟方法对靖安地区三叠系延长统现今应力场的分布进行了计算。它们对该区开发井网布置、压裂改造方案和水平井的设计以及注水管理有重要指导作用。      

伪随机激电法的有限单元法数值模拟研究

利用有限单元法和Cole-Cole模型对伪随机激电法进行数值模拟研究。首先简要介绍了伪随机激电法的基本原理,然后在忽略电磁效应的情况下,给出电场的边值问题和变分方程,将模型中大地和极化异常体的电阻率用Cole-Cole模型的参数替换,通过解方程最后得到模型节点上的复电位值。通过改变地电模型的参数,得到了不同参数下幅频率的模型相应曲线。模拟结果与实际情况符合,表明运用有限单元法模拟伪随机激电法中的参数是正确和适用的。     

三维非线性有限元分析在地下管棚支护中的应用

结合某地下隧道管棚支护设计及施工方案，采用三维非线性有限元对该洞库的开挖与支护过程进行了模拟，得出的结论是：管棚支护对于控制地表沉降、侧墙水平位移和塑性变形作用明显；不同管径和管间距对位移最大值影响有限，但对管钢内应力有较大影响；不同开挖进尺、不同注浆加固厚度对围岩变形及支护结构的影响较大。该数值分析结果与以往现场实测结果相一致，可作为相关工程设计和现场施工的理论指导。     

孤岛顶煤综放采场冲击矿压形成机制及控制技术

应用覆岩空间结构学术观点对孤岛顶煤综放采场冲击矿压机制及其控制技术进行研究。根据覆岩关键层的岩性、层位、范围等因素,覆岩关键层空间结构分为覆岩空间大结构和基本顶有限矿压结构。孤岛顶煤采场冲击矿压发生机制：①孤岛顶煤综放采场 ? 型空间大结构形成过程是集中压力逐渐增加的过程,是该时间段发生冲击矿压的力源;②采场基本顶形成最下位 ? 型空间结构后,随着工作面推进,基本顶块体产生滑落失稳,造成工作面冲击矿压现象。通过对分段来压理论、基本顶结构失稳理论和坚硬顶板预断裂理论对覆岩关键层空间结构运动的控制作用研究,提出采用覆岩空间结构理论分析、分阶段降低放煤率、坚硬覆岩预爆泄压技术、覆岩坚硬岩层破裂的微地震监测技术等方式方法预防冲击矿压的发生。     

盾构法隧道衬砌施工阶段受力特性的三维有限元模拟

拼装衬砌是盾构隧道主要承重结构,其受力性能的好坏直接影响到隧道安全,因此,正确分析拼装衬砌的受力特征,对于衬砌的合理设计非常重要。而且,施工阶段作用在盾构衬砌的荷载与使用阶段相比存在很大差异。通过运用可以考虑接触问题的三维有限元对连续模型及通、错缝拼装的隧道衬砌在施工阶段的受力性能进行了分析,得出衬砌的应力变形规律,为盾构隧道衬砌的设计提供有益的参考。     

掘进工作面瓦斯流动规律数值模拟分析

研究煤层巷道掘进过程瓦斯流动规律对认识掘进巷道瓦斯涌出规律和瓦斯治理具有重要的理论意义和现实意义。本文通过建立流固耦合模型,考虑煤与瓦斯流固耦合作用,进行了不同掘进长度,掘进工作面瓦斯压力分布规律,瓦斯压力梯度改变以及瓦斯流动规律的数值模拟研究。研究表明,掘进巷道周边煤层瓦斯压力随煤壁暴露时间的增长逐渐降低,采掘活动对工作面前方煤体的影响范围达30m。并且越靠近煤壁瓦斯压力梯度越大,在距离巷帮5m范围内,瓦斯压力变化幅度最大。煤壁瓦斯流速随巷道掘进长度的增加先增加后减小,最后瓦斯流速趋于稳定。掘进工作面瓦斯流动规律的研究为矿井瓦斯治理提供安全可靠的依据,保证矿井安全生产。     

无底柱崩落采矿大断面结构参数的数值模拟研究

针对金山店铁矿亟需确定的大断面结构参数问题,采用东北大学研制的SLS崩落放矿模拟系统和ITASCA公司的岩土工程软件FLAC3D,对该矿三期的采场结构参数进行了模拟分析和研究。数值放矿试验表明,崩矿步距对矿石回收指标影响较大,崩矿步距3.5～4.5 m更有利于指标回收,兼顾爆破参数因素时推荐为3.5 m。通过进路群开挖的数值模拟,并对开挖过程围岩的位移、应力和塑性区进行分析,发现开挖后塑性区范围不大,巷道具有良好的稳定性。因此,拟采用的进路参数从矿石回收指标和巷道稳定性方面看是较合理的方案。     

急倾斜煤柱开采后对巷道影响的数值模拟

为提高煤炭的回收率和经济效益,针对长沟峪煤矿4槽煤柱,应用ANSYS有限元软件对-230～-310水平的煤柱开采前后进行数值模拟,得出:(1)煤柱开采以后,煤岩体总体下沉,但对-140水平巷道影响较小。(2)开采后,煤柱的中间部位是转折区,煤柱中部以上主应力减小,属于安全区域;煤柱中部以下主应力增大,随深度的增加,主应力增大;-320水平附近煤柱采后的主应力是采前的2倍多,是煤柱开采后主应力最大的地方,所以开采此区域为相对重点注意区域。(3)煤柱开采后-140水平的煤柱附近主应力增大,是没开采前的1.6倍,也是煤柱开采后主应力较大的地方,开采前要适当对-140水平煤柱附近进行加固。数值模拟得出结果和实际开采吻合较好,因此急倾斜煤柱开采后对巷道影响的数值模拟对开采有一定的指导意义。     

无底柱分段崩落法采场稳定性分析

无底柱分段崩落法是国内外地下矿山广泛采用的采矿方法。长期以来由于受凿岩、装药以及出矿设备的制约,国内矿山大多采用小结构参数的无底柱分段崩落法,所产生的地压问题十分严重,开采效率低。近年来无底柱分段崩落法朝着增大采场结构参数的方向发展,不但有利于改善采场稳定性,同时还降低了生产成本。因此,开展采场稳定性分析有利于实现安全、高效开采。采用三维有限元方法对10 m×10 m、15 m×15 m、15 m×20 m共3种不同结构参数的崩落法采场进行了数值模拟,对进路开挖与矿石回采两个不同过程的巷道顶板竖直位移、主应力进行分析。数值计算结果表明：进路开挖时15 m× 20 m 与10 m×10 m的结构参数相比较,巷道顶板的竖直位移降低了20.1%,最小主应力下降了约18.8%;开采过程中顶板的竖直位移、主应力值都比进路开挖时小,采场地压得到改善;进路开挖与矿石回采过程巷道顶板的竖直位移和主应力值都随着结构参数的增大而降低。因此,大结构参数能更好地改善采场地压,增强采场稳定性,采用大结构参数的无底柱分段崩落法是安全可行的     

ANSYS在煤矿开采数值模拟中应用研究

以典型矿井山东华丰矿、阜新五龙矿和北京大台井为例,利用ANSYS有限元软件,对煤矿开采引起的地表沉陷、冲击地压危险区域确定和俯伪斜采煤法参数优化进行了数值模拟分析.分别针对所处的地质条件和赋煤状况,建立了二维或三维有限元模型,模拟计算了地表沉陷曲线和最大沉陷位置,指出山东华丰矿随开采推进沉陷位移和影响范围将逐渐扩大,最大沉陷位移逐步向开采方向前移的规律,当开采800 m时出现最大下沉速度3.5 mm/d,最大沉陷位移为3.7 m.五龙矿311面当开采100m和400 m时分别由于火成岩墙和应力集中区贯通导致顶板易断裂而极易发生冲击地压事故;大台井俯伪斜采煤法煤层倾角只有在60°～67° 时,推采距离才对煤层顶板法向最大压应力具有明显影响,且顶底板法向最大位移规律为上部位移大于中部位移,西中部位移又大于下部位移,在煤层倾角70°时,工作面超前支撑压力作用范围最小为30 m,而下巷道支撑压力作用范围最大为25 m,巷道数为3时,顶板下巷道超前支撑压力峰值位置为5.3 m.ANSYS计算结果表明,该数值模拟是合理的,与实际情况基本吻合,说明ANSYS在煤矿开采领域是一种有效的数值模拟工具.     

地基土沉降对复合地基影响的三维数值模拟

通过对复合地基在正常使用条件下和地基土沉降后的三维数值模拟,研究了复合地基由地下水位下降引起的地基土沉陷后的沉降、桩体摩阻力分布和桩身轴力分布的变化。分析表明：随着地基土沉降的增加,加固桩体和基础的沉降加大,中性点位置逐渐下降,桩身轴力有所增大;在加强桩中,中心桩的中性点最低,边桩次之,角桩最高;随着地基土沉降的增加,各桩中性点位置差异逐渐减小,桩体上部负摩阻力作用的桩身长度更长,负摩阻力值逐渐增大。