基于应力强度的巷道围岩稳定性分析

在地下采矿中,巷道和工作面的稳定性直接受到工程岩体的结构及所受作用力的控制的。基于LS-DYNA的二次开发技术,建立基于应力强度准则模型,对矿柱的尺寸效应进行数值仿真,同时对围岩的重要几何参数进行比选,分析当矿柱尺寸不同时,矿柱间距在每步开挖情况下的竖向位移、最大塑性应变和矿柱的相对位移系数的变化规律。计算结果表明:不同的相对位移系数对开挖矿层的稳定性影响不一致,不同强度对岩体的稳定性影响较大,随着岩体强度的增大,矿柱间距对巷道围岩稳定性变小。     

基于正交试验的边坡岩体参数识别

为了进行开挖阶段的边坡等效岩体参数的识别,该文基于正交试验,通过数值分析的方法确定边坡在不同岩体参数条件下的位移,并采用回归分析中的最小二乘法,建立了边坡计算位移与岩体参数之间的函数关系.然后利用现场监测信息,以实测位移与计算位移之差的平方和达到最小作为优化目标,由此确定了对应于监测位移的现状边坡的等效岩体参数,为进一步研究边坡的稳定性和进行滑坡预测奠定基础.     

正断层煤层开挖煤岩体的力学特性研究

为研究正断层煤层开挖煤岩体力学的特性,通过建立正断层附近煤层开挖时煤岩体的力学模型,运用FLAC3D数值计算并理论分析了上下盘开挖时煤岩体的力学特性。结果表明:水平位移、水平应力对煤层开挖顶端岩体的影响较小,地应力引起的竖向位移和开挖顶端相当应力是造成冒顶和开挖顶端岩体塌落的主要因素,当煤层中存在正断层时,从上盘开挖引起开挖顶端的相当应力和竖向位移比从下盘开挖引起的小,开挖区与断层距离越近,开挖顶端相当应力和竖向位移越大,相同条件下从上盘开挖较从下盘开挖更安全。因此,在工程实际中应尽量避免从下盘对煤层进行开挖,从而减小安全隐患。     

深部节理化岩体巷道开挖稳定性分析

为了研究深部节理化岩体巷道分步开挖的稳定性问题,以新城金矿-1080 m中段巷道为工程背景,建立离散元三维数值模型,分析了巷道开挖对节理化岩体塑性区和位移的影响情况。结果表明：开挖会造成节理化岩体超前2.0 m处产生塑性区,与非节理化岩体相比,节理化岩体掘进巷道时,受扰动岩体的超前影响范围大于2.0m;巷道各处岩体的位移随开挖的推进逐渐增长,其增长幅度在掘进工作面刚开挖通过时最大,通过之后次之,通过之前最小。     

顶板崩落变形破坏过程的数值分析

采用数值方法建立三维计算模型,分11个步骤对采场开挖的全过程进行数值模拟,得到开挖后空区围岩的水平位移、竖向位移和塑性区分布情况,进而分析矿区顶板自然崩落规律的变形破坏情况。由于采场的开挖,导致岩体内部应力释放,围岩位移指向空区内部,水平位移最大处出现在采场采矿区的两侧边帮处,位移方向均指向采空区内部。随着开挖宽度的扩大,竖向位移呈圆弧曲线形式由采场顶板向岩体内部不断扩张。开挖过程中,空区顶板首先由剪切破坏导致岩体破裂下落,出现采场顶板冒落现象,采场采空区的顶板中央上部岩体随着顶板冒落不断往下变形,出现一定高度破坏区域的岩体。当采场开挖面积进一步扩大时,采场顶板上方的岩块将无法维持稳定状态,出现持续崩落现象。     

开挖扰动对露天矿边坡稳定性影响分析

对西藏某露天矿边坡的稳定性进行深入研究,在综合分析工程地质条件的基础上,运用FLAC^3D软件对开挖扰动作用下岩质边坡的位移场和应力场的变化规律进行了数值模拟研究。研究结果表明:采用分步开挖能真实模拟开挖扰动对边坡稳定性的影响;在开挖扰动作用下,岩体的卸荷量和回弹变形量随开挖深度的增大而增加,水平位移量最大值位于坡面岩体的中下部;在坡面及坡肩附近岩体形成拉应力区,坡脚处剪应力显著增高;随着开挖的进行,位移场和应力场还分别表现出“位移陡升”和 “应力跌落”的现象。     

深部开采围岩稳定性与岩层控制关键理论和技术

首先，介绍了地应力对采矿工程荷载作用方式的特殊性，阐述了地应力控制采矿开挖过程和岩层稳定性的力学机理。地应力是采矿开挖前就存在于地层中的天然应力，采矿开挖出现自由空间并引起地应力向自由空间释放，形成“等效释放荷载”，它作用在开挖自由空间的边界上，而不是采矿外边界上。“等效释放荷载”带动周围岩体变形、位移和应力集中，导致围岩和岩层失稳、破坏。这与传统力学理论“外边界加载模式”有本质区别。若将地应力直接加在采矿外边界上，将得出“采矿外边界位移最大、开挖周边位移最小”等一系列错误结果。为此，必须根据采矿设计的开挖形态，将地应力转换成“等效释放荷载”进行计算和分析，才能得到正确的结果。同时，必须认识到地下采矿是多步开挖过程，也就是多次“等效释放荷载”加载过程。岩体是非线性材料，荷载的力学效应具有加载途径性。优化开采布局、开采顺序等可以优化“等效释放荷载”加载途径和力学效应，实现更好的岩层控制效应。最后，提出了地下采矿围岩稳定性与岩层控制的基本原理和方法，指出：支护的根本目的是保护、改善和提高岩体的强度，必须改变把围岩当成一种被动的荷载加以支撑的传统认识；充分发挥围岩自身强度达到采矿工程稳定，是岩石力学最基本的原理。在深部高地应力条件下，为了控制岩层变形和移动，维持采矿工程的稳定，上述原理的指导尤其重要。     

南芬露天铁矿边坡开挖稳定性实验研究

以南芬露天铁矿“298~370滑坡”为例, 基于相似理论构建地质力学模型实验和FLAC^3D数值模拟, 研究不同开挖阶段边坡滑体和锚索的变化特征, 对比分析不同开挖方式对边坡稳定性的影响。地质力学模型实验结果表明, 开挖过程中锚索发生变形弯曲, 滑体破坏前与水平岩体有明显位移差。数值模拟结果表明, 露天矿开采后, X方向产生最大位移17.06 cm, Y方向产生最大沉降10.31 cm, 锚索明显约束滑体竖向位移; 锚索处发生应力集中和位移突变, 与地质力学模型实验结果一致。在实际工程中, 位移突变可作为边坡失稳的监测依据; 分台阶开挖时, 位移和应力变化均小于无台阶开挖, 边坡稳定性更好。     

松树南沟矿区边坡岩体质量评价与边坡稳定性分析

为了评价松树南沟矿区边坡岩体开挖稳定性情况,指导矿山的安全施工,以结构面测量与工程勘察为基础,分析边坡岩体结构面的分布及岩体结构特征,得到对边坡稳定起控制作用的优势结构面。利用结构面三维网络模拟技术,对上述优势结构面进行计算机模拟,建立结构面网络模型,再现岩体结构。分别沿平行和垂直各测线走向方向切割网络模型,发现岩体部分区域被结构面切割严重,为形成小规模的可动块体提供了有利条件。运用分形理论计算了各切面的分形维数,计算得出边坡岩体处于一般或差的状态;借助有限差分软件FLAC3D,计算开挖后边坡岩体的稳定性情况,结果表明：由于开挖卸荷局部边坡台阶处出现了较大的位移和塑性区,可能出现崩塌、滑移破坏,与质量评价结果一致,建议适当放缓该区域台阶坡面角。     

非构造应力下巷道纵断面岩体变形破裂规律

巷道顶底板岩体变形破裂随开挖的变化发展规律是事关围岩稳定性与控制的关键性问题。为有效获得巷道顶底板岩体内部全域变形破裂随开挖的时空演化特征,以一条深埋巷道工程为背景,考虑其对称性,自制一套试验装置并采用透明岩体相似材料来模拟实际巷道半边的开挖推进过程。结果表明:1)这种方法能够有效获得不同开挖分步下巷道纵断面岩体的变形破裂演化规律;2)巷道顶底板任一横断面处岩体的竖向位移随开挖时间均呈"台阶式"增长,其增长幅度在巷道刚开挖通过该处位置时最大,通过之后次之,通过之前最小,当巷道开挖通过后,顶底板岩体竖向位移就与其距巷道表面的距离呈指数衰减关系;3)分步开挖过程中,巷道每步开挖均会导致工作面前方中心约10~20 mm(对应实际0.4~0.8 m)范围内的岩体发生严重变形破裂。     

基于渗流作用下含断层的露天矿边坡稳定性的数值模拟研究

为研究含断层露天边坡在渗流作用下的稳定性问题,本文采用 FLAC3D 数值模拟技术构建断层作用下的滑体力学模型,获得顺倾层状边坡分条稳定系数表达式,进而对渗流作用下含断层边坡稳定性的数值模拟分析。所得研究结果明确：岩体强度的弹性模量、内聚力、内摩擦角和岩体抗拉强度等4种影响因素进行敏感性分析,通过分析这4种因素在不同工况下边坡的位移、应力、应变和安全系数,得出了各参数的敏感性分析曲线。从敏感性分析曲线可知,岩体的内聚力对边坡稳定性的影响最大,弹性模量对边坡稳定性的影响最小。开挖不同阶段边坡稳定性的主要影响因素存在差别,其中,前期以断层为主,后期则逐渐转化为渗流作用。该研究为今后露天矿边坡稳定性分析提供了科学依据,对于边坡稳定性分析具有重大的工程实际意义。     

隧道围岩稳定性的有限元分析

根据地下结构设计理论和岩石屈服的Drucker-Prager准则，考虑到了围岩的自身承载能力，采用有限元的分析方法对广西柳州一处公路隧道围岩的稳定性进行了分析。分析了开挖方式、开挖顺序对围岩稳定性的影响，对围岩的开挖过程进行模拟。确定不同开挖方式下隧道围岩的位移、应力状态，以及位移、应力状态随时间的变化规律，为隧道施工过程中开挖方案的制定、支护时间的选取提供依据。     

矿山隧道掘进围岩稳定性动态监测研究

在考虑矿区隧道围岩级别的同时,以矿区地质力学特征为基础,采用对数螺线法对矿山隧道掘进围岩稳定性进行分析,以隧道围岩沉降、位移与埋深的关系为研究对象,进行了矿山隧道掘进围岩稳定性动态监测验证。结果表明: 侧壁、底部沉降与埋深呈线性关系; 侧壁、底部位移与埋深呈线性关系; 矿区隧道掘进过程中可通过降低沉降或减少位移来增加围岩稳定性。     

某大型地下硐室群稳定性分析及加固技术研究

某大型地下硐室群作为历史文物存续时间一般有数百年甚至千年，其安全等级不同于一般岩体工程，在各种因素影响下，大型硐室群岩体结构稳定性减弱，强度降低，最终导致岩体失稳、损坏，因此对其 进行岩体稳定性分析和加固十分必要。该大型地下硐室群建设工程属于大型地下岩体开挖工程，岩体工程开挖前，通过工程地质调查显示，硐室群岩体整体稳定性较好，通过稳定性经验评价法对其进行了稳定性分析 ，发现硐室群整体稳定性好。在此基础上，采用三维数值仿真模拟计算方法对硐室群整体稳定性进行了评价，计算结果与工程地质调查、稳定性经验评价法的判断结果基本吻合，大型硐室群开挖后围岩总体上处于稳 定状态。针对硐室内局部有断层破碎带和局部块体存在失稳隐患，提出了以“锚杆与注浆、浇筑混凝土相结合”的锚网喷为主的加固方案，有有效确保了其安全稳定。     

新城金矿滕家矿区深部巷道围岩破坏与数值分析

针对新城金矿滕家矿区深部巷道围岩进行现场工程地质调查、岩石力学实验，分别应用RMR、Q和GSI方法对巷道围岩进行岩体质量分级，确定其围岩体质量等级为III级，岩体质量差~一般。以岩体质量分级为基础，应用Hoek-brown准则和经验公式估算岩体力学参数。应用弹塑性力学解析巷道围岩塑性区破坏范围，并以此为基础应用Phase2对巷道围岩稳定性进行分析。结果表明：巷道顶板塑性破坏范围为0.598 m，两帮塑性破坏范围分别为0.84 m和0.695 m；巷道顶板位移为7.2 mm，两帮位移分别为7.6 mm和6.8 mm；从巷道围岩应力分析可以看出，深部巷道开挖产生的应力集中超过岩体强度，由此判断深部巷道围岩破坏主要是开挖扰动应力作用在节理化岩体上致使巷道围岩失稳破坏，本研究结果对该矿深部巷道围岩支护提供依据。     

倾斜层状围岩变形规律的相似模拟研究

为研究倾斜层状围岩薄矿体在开采过程中上覆岩层的变形破坏规律,以永昌铅锌矿矿体为物理试验模型,通过相似模拟材料试验建立二维地质模型,对在倾斜层状围岩条件下,薄矿体地下开挖后覆岩的变形破坏特征、力学特性和破坏过程进行研究。结果表明,顶板受第一次与第二次开挖影响最大,随着不断地开挖,沿着开挖方向的矿壁不断地变为间隔矿柱,每两次矿体开挖之间水平位移的方向均会发生一次反转;位于矿柱上方的围岩沉降值较小;覆岩水平变形与下沉的方向均指向采空区中心偏下区域;层状岩体易引起弯曲折断破坏;采场覆岩相对下沉增量和水平相对位移增量单调递减。