东露天煤矿槽仓三维有限元变形分析

结合工程算例，运用弹塑性理论开发三维并行有限元计算程序，选择合理本构模型，对平朔东露天煤矿槽仓支护方案进行了数值模拟。结果表明：开挖段开挖完成后，槽仓两侧壁上部塌缩下部突出，整体变形上为滑动趋势|回填段回填完成后，发生的变形主要为重力方向的变形，南北水平方向的变形相对较小，较大的垂直变形主要发生在靠近边坡朝里的一侧|开挖回填完成后，槽仓结构的最大变形发生在槽仓东侧提升间结构的上端和下端，在上端变形显示为向外膨胀，而在下端为对内挤压。利用三维并行有限元计算方法进行槽仓开挖回填过程的数值模拟研究具有可行性，模拟结果满足工程以及理论上的基本要求，与实际工程测量结果大致吻合。     

超深地下连续墙施工对环境影响测试与数值分析

南京某工程基坑开挖深度达22m,距离地铁15m,地下连续墙设计深度达60m。为了分析地连墙成槽施工对地铁的影响,合理确定地连墙施工工艺参数,确保支护结构的施工质量,在工程现场开展了地连墙成槽试验,试成槽过程中对槽段周边的土体深层水平位移、地表沉降以及导墙位移等进行测试。在原位测试的基础上,运用三维有限元对地下连续墙施工过程进行数值模拟,并将数值模拟结果与实测值进行对比。结果表明:地面沉降和导墙位移的计算值与实测值较为吻合,验证了数值模拟的有效性。     

武汉地区某地铁车站深基坑变形规律分析

以武汉地区某地铁车站深基坑工程为背景,结合土体开挖过程中基坑监测数据,通过数值软件建立车站深基坑三维有限元模型,对设计为钻孔灌注桩加五道内支撑的支护结构进行自身变形和周边地表沉降分析,并将围护结构变形和周边环境沉降的数值模拟值与监测值进行比较,结果表明,围护结构水平变形数值模拟规律与监测规律基本吻合,水平位移随基坑开挖深度增加呈现先增大后减小的特性,且基坑长边方向围护结构变形大于短边方向,基坑跨中部位变形大于端部变形,但最大变形均在开挖面附近。坑外土体受基坑开挖的影响范围主要在基坑边1~2倍基坑深度范围内,不同工况下地表沉降曲线大致呈凹槽型,且沉降峰值随基坑开挖深度增大呈非线性增加。     

下伏采空区高速公路隧道变形特征数值分析

高速公路隧道下伏采空区的潜在危害性评价及其处治技术研究,是目前高速公路建设中急待解决且具有挑战性的技术难题。本文以青岛至银川高速公路中柳林段下伏采空区大雨亮隧道工程为背景,应用MIDAS/GTS有限元程序构建三维计算模型,对分期采矿形成地下采空区、青龙煤矿停采后进行注浆处治,然后进行双线隧道开挖施工的地表变形响应过程、隧道初衬结构变形及结构受力等进行了数值模拟分析,揭示了不同工况条件下的地表变形程度,确定了地表沉陷盆地特征及沉陷盆地中心位置,对隧道初衬结构进行变形和受力关键部位预测,使隧道工程结构满足强度、刚度和稳定性的工程要求,具有重要的理论指导意义和工程实用价值。     

新建隧道施工对邻近既有运营地铁隧道的变形影响

随着城市轨道交通的快速发展,新建地铁隧道穿越或者邻近既有建筑结构的工况越来越普遍,如何将新建隧道对既有建筑的影响降低到最小程度,保证其结构安全、正常运营,已成为地铁修建过程中的一个重要研究内容。以郑州市某新建隧道明挖段和暗挖段施工为例,采用有限元软件Midas GTS建立数值计算模型,分析新建隧道施工对既有运营地铁隧道的变形影响规律,并与实际工程监测数据进行对比验证。研究结果表明：1)明挖段基坑开挖完成后,既有运营地铁隧道的最大竖向变形和水平变形分别为0.57、1.21 mm; 2)暗挖段施工完成后,既有运营地铁隧道的最大竖向变形和水平变形分别为0.27、0.39 mm; 3)实际监测数据略小于数值计算结果。本文结果可为类似工程提供一定的借鉴和参考。     

土钉支护结构有限元法变形与破坏数值模拟分析

用SnEpFem土钉墙有限元数值分析系统,对土钉支护结构进行变形与破坏的数值模拟分析,对土钉支护结构的可靠性进行合理评价.此系统可对坡面水平位移、坡顶沉降及沉降范围、坑底隆起、张拉区和塑性区的作用机制进行全面分析,也可模拟施工中每一步开挖过程并给出坡体的变形与破坏情况.通过对某基坑土钉支护结构的工程实例数值模拟分析,计算得到的坡面最大变形与实际监测的变形数据相比较,二者相差很小,充分证明了SnDpFem土钉墙有限元分析系统的可靠性.     

超大深基坑变形特征有限元数值模拟及实测分析

结合吉林大学第一医院扩建基础工程,建立了能模拟施工开挖全过程的三维有限元分析模型,通过对有限元计算结果与实测数据的分析比较,分析总结吉林大学第一医院扩建基础工程的边坡的水平位移及变形特征。     

开挖对岩质边坡稳定性影响的数值模拟

以西部某露天矿开挖形成的岩质边坡为工程背景,运用数值模拟软件FLAC3D对开挖过程中岩质边坡体开挖方向上的应力演化和变形规律进行了数值模拟研究。研究结果表明：由于露天开挖形成的岩质边坡工程体在开挖过程中其内的压应力将发生明显的减小,自上而下呈“W”型分布,且在边坡体的中部将形成明显的拉应力区,这将是岩质边坡体发生失稳的原因之一;开挖过程也将导致岩质边坡内各岩层产生明显的膨胀变形,且埋深越大时产生的膨胀变形越大;由于复杂应力演化条件作用,岩质边坡坡脚处产生的沿开挖方向的变形最大。     

采矿顶板最小安全厚度及地面沉陷变形研究

主要研究计算某矿山采场顶板保护层最小安全厚度和矿山开挖的地面沉陷变形量。具体的方法是按抗弯和抗剪2种结构力学模型分别推导出顶板最小厚度理论计算公式,进而计算出顶板最小安全厚度;利用Auto CAD建立矿山开采区精细的工程地质三维模型,利用ANSYS有限元软件建立数值计算模型,再导入数值模拟软件FLAC3D中进行计算,以此来模拟矿山开挖的全过程。最后,模拟得到的地面沉陷变形量满足规范要求。     

北京地铁区间开挖工法的可行性研究

开挖工法的选择对控制浅埋地铁隧道引起的地表沉降起着重要的作用。以北京地铁14号线某地铁站区间为依托,运用工程实际参数,结合有限元分析软件Midas/GTS对地铁区间开挖进行数值模拟,通过比对地表沉降实测结果与模拟结果,明确数值模拟具有重要参考价值,进而对台阶法、核心土法、导坑法3种方法进行模拟,通过对施工完成后地表测点的沉降数据、变形曲线的对比分析,明确不同开挖工法对地表沉降影响的差异,为后续工程提供参考和借鉴。     

基于采空区模拟的错层位外错式巷道位置选择研究

为了研究错层位外错式巷道布置法中下区段沿底巷道位置选择问题,首先通过理论计算对302工作面的顶煤应力分区进行划分。采用FLAC3D数值模拟软件对采空区进行充填模拟计算,并以此为基础对错层位工作面开挖后垂直应力及塑性区分布情况进行分析,最后综合考虑理论计算及采空区充填处理的数值模拟计算结果,确定下区段沿底巷道水平错距为3m。结合错层位外错式所具有的空间位置关系提出区段间相邻巷道联合支护方案,并采用FLAC3D数值模拟软件对实验结果进行验证,最终结果认为该巷道布置及支护方案有利于减少煤柱留设尺寸,提高资源回收率,同时可以对区段间相邻巷道起到良好的控制作用。     

鑫岩煤矿井下煤矸分选与充填开采一体化系统设计

为解决煤炭生产过程中矸石严重影响生态环境的问题,实现安全、高效、绿色开采。结合鑫岩煤矿井上、下生产系统和开采条件,确定鑫岩煤矿井下煤矸分选与充填开采一体化系统。针对系统中滚轴筛设备选型及布置、原煤仓和矸石仓容量、综采工作面充填能力及关键设备选型和地面矸石垂直投料系统管径选型进行了设计,为鑫岩煤矿实现绿色开采提供技术保障,为类似条件矿井的井下分选与充填开采设计提供借鉴。     

金桥煤矿东翼煤仓施工设计

针对金桥煤矿采煤、运输与提升能力不匹配的难题,通过FLAC模拟受力分析,综合考虑现场条件、施工经验、巷道高差、服务年限、优化施工工艺设计施工东翼煤仓,并从煤仓上口、仓体、煤仓下口分析了施工工艺,提出了反井钻施工溜矸孔、挖掘机出矸、立体交叉作业、平行交叉作业施工工艺,结果表明该煤仓设计施工取得了良好效果,提高了掘进效率,为矿井的稳产、高效生产及煤流生产系统的智能化奠定了基础。     

条带开采垮落区注浆充填技术的理论研究

阐述了条带开采垮落区注浆充填技术的总体思路和基本原理,结合工业试验方案,应用PFC颗粒流程序进行了数值模拟试验,模拟了条带煤层采出、顶板垮落、注浆充填、充填体压实及上覆岩层下沉的整个动态发展过程;通过数值试验,揭示了条带垮落区充填体、煤柱与围岩三者之间相互作用的减沉力学机理,重点分析了垮落区充填体的承载作用、传载作用和对煤柱的侧限作用.研究结果表明,在此工业试验区域内,与条带开采相比,当充填量为19.5万m³时,条带开采垮落区注浆充填既可减小地面变形,提高煤柱稳定性,又可多采出煤炭24万m³.     

基于有限元分析的大包庄矿地表移动带圈定

选取大包庄矿开采范围内所有地质剖面, 建立二维有限元数值模型, 计算一期、二期工程矿体开挖后不充填和全充填2种工况下的地表变形, 通过地表变形值与标准值对比, 圈定2种工况下的地表移动带, 并对数值模拟法与工程类比法圈定的移动带进行了对比分析。结果表明: 采空区不充填时数值模拟法与工程类比法圈定的范围较接近, 开挖矿体较薄时, 数值模拟法计算的地表移动范围在工程类比法确定的移动范围内;开挖矿体较厚时, 数值模拟法计算的地表移动范围在工程类比法确定的移动范围外。采空区全充填时数值模法与工程类比法圈定的移动带范围差异较大, 充填体限制了围岩变形, 减小了地表移动范围。数值模拟法充分考虑了矿山复杂地质条件和开采技术条件, 其圈定的移动带能更好地反映实际地表变形。     

特厚硬煤层综放开采合理区段煤柱尺寸研究

 水帘洞煤矿3801综放工作面地质条件极其复杂,合理确定区段煤柱是实际遇到的工程难题。通过采场前后方侧向应力场与位移场在线观测,获得了综放沿空实体煤侧向应力分布规律及变形情况;通过数值模拟得到了不同煤柱尺寸沿空实体煤侧向应力分布变化规律。综合分析得到了合理煤柱留设尺寸,为彬长矿区同煤系特厚硬煤层综放开采确定合理煤柱尺寸提供了科学依据。     

极近距离煤层群下层煤工作面巷道合理布置位置数值模拟

澄合百良旭升煤矿开采的两层煤间距很近,下煤层开采巷道布置受上煤层开采影响大。应用FLAC 3D数值软件模拟分析了极近距离煤层群下煤层工作面巷道采用内错、重叠和外错布置形式时巷道的塑性破坏、顶板垂直应力和下沉位移特征。根据模拟结果分析,采用内错布置方式时巷道的破坏范围、巷道顶板应力变化和变形量均相对较小。通过进一步的数值模拟研究,巷道的塑性破坏大小、顶板垂直应力值和下沉位移量在内错8 m内变化不大,而随着内错距离的增大,塑性破坏范围和垂直应力值等也逐渐增大。结合压力传递影响角理论,经计算应力集中在下煤层中的影响范围为4 m。得出了下煤层开采巷道合理布置应采取内错的方式,具体位置参数为内错4~8 m。     

煤柱内沿空掘巷技术在余吾煤业的应用研究

以潞安集团余吾煤业S2206工作面瓦排巷沿空掘巷工程项目为研究背景,利用数值模拟的研究手段进行巷道掘进及工作面回采期间巷道围岩应力与巷道围岩变形破坏特点、煤柱稳定性、支护与围岩相互作用关系等方面的研究,根据巷道变形量确定了合理的煤柱宽度及巷道支护参数,并取得了良好的现场应用效果。     

煤矿充填体作用数值模拟研究及其机理分析

为了在建筑物下、水体下和铁路下采煤技术中应用条带开采技术和绿色充填开采技术,采用数值模拟方法,模拟研究了在条带开采后充填与否条件下不同采出率开采方案的煤柱、充填体的受力及变形状态,定量计算了不同采出率开采方案的地表沉陷量;较系统研究了充填体在采动围岩系统中的作用机理。结果表明,通过煤柱和充填体的垂直应力支撑、充填体的侧限作用,充填体能有效改善煤柱和围岩系统的应力条件,而煤柱和充填体的垂直应力与充填体水平应力随着采出率和留宽而变化趋势具有规律性,充填条带开采法是将来"三下"压煤绿色开采的有效途径。     

厚煤层沿空掘巷工作面煤柱留设研究

针对厚煤层沿空掘巷工作面煤柱留设合理宽度的问题,以沙曲一矿4305工作面为工程背景,采用理论推导、数值模拟以及现场监测等方法研究分析煤柱的合理宽度、不同煤柱宽度下围岩变形特征以及现场监测煤柱应力。研究结果表明,根据极限平衡理论计算煤柱破坏塑性区宽度并结合煤柱稳定条件确定煤柱宽度至少为7.8 m.运用FLAC3D数值模拟软件,分析4305工作面与4306采空区留设5 m、8 m、15 m煤柱对应工作面巷道掘进及回采期间的变形及破坏规律可得,煤柱应力集中程度随着煤柱宽度逐渐减小而增大。确定选用8 m煤柱。现场压力监测表明,选用8 m煤柱并采用合理支护形式的条件下可以有效控制巷道围岩变形保障安全回采。