深部大变形回采巷道围岩拉压分区变形破坏的模拟研究

为研究深部回采巷道围岩大变形破坏规律,在地质力学评估及矿压显现特征实测的基础上,采用真三轴相似模拟方法,模拟了不同加载梯度下巷道围岩应变特征。结果显示,在浅埋静水压力条件下,巷道围岩呈现“浅部拉应变、深部零应变”的特征;深埋静水压力及初掘采动应力下巷道围岩出现“径向应变拉压交替分布”现象;当采动应力集中系数大于2时,深埋巷道围岩应变进入非线性大应变状态。采用FLAC3D的应变软化模型与摩尔-库仑模型,对比研究了深部回采巷道围岩位移、塑性区分布规律。结果表明,应变软化条件下,巷道围岩产生拉、压分区破坏且软化后的围岩位移与实测结果更吻合。综合研究结果,揭示了深部回采巷道围岩拉、压分区的产生机制,初步提出了注浆、喷层等措施,防止过度应变软化引起深部回采巷道围岩大变形,为类似巷道稳定性控制提供了一定的参考。     

高速冲击载荷作用深埋巷道变形非线性数值模拟

深埋巷道冲击破坏问题一直是研究的难点,为更好的研究深部岩体动力破坏规律,揭示深埋巷道冲击破坏机制,采用非线性动力分析方法,利用FLAC3D计算软件再现深埋巷道冲击破坏过程,对高速冲击载荷作用下煤岩巷道变形规律进行非线性分析。计算结果表明,在高速冲击载荷作用下巷道顶底板和两帮围岩处有应力集中,均出现较大变形,且向巷道内部方向呈现出近似V型分布;各监测点作用力和位移结果也说明在巷道顶、底板和两帮围岩处均发生明显的冲击,且加载初期冲击较弱,在t=0.5s时冲击作用明显增强,计算结果可为深埋巷道加固措施提供有利参考。     

侧部岩溶隧道围岩变形特征数值模拟分析

结合达(州)成(都)高速铁路宝石岩隧道施工过程,利用有限差分软件FLAC3D对隧道侧部含有溶洞的围岩变形特征进行了数值模拟研究,分析了隧道侧部不同大小、不同距离的溶洞分布对隧道围岩变形的影响。结果表明:隧道开挖后,围岩分别向溶洞和隧道内变形。溶洞与隧道之间的围岩向两个相反的方向变形,是最危险区域;靠近溶洞附近的腰拱、边墙和拱顶处围岩的位移值要比远离溶洞侧的相应部位处的围岩位移值大;随着溶洞与隧道间的距离的不断增大,隧道主要特征位置的位移值均有不同程度的减小,最终趋于无溶洞状态时的位移。溶洞主要特征位置的位移值也减小,其值均趋近于零;随着溶洞尺寸的不断增大,隧道和溶洞主要特征位置的位移值均有不同程度的增大。     

石窟围岩地震变形破坏机制的数值模拟分析

针对石窟文物的特点,阐述了影响石窟围岩变形稳定性的主要因素和动力有限元分析方法。以敦煌莫高窟的2个典型工段为实例,通过对不同峰值加速度、频谱、持续时间的动荷载作用下石窟围岩位移场、应力场分布特征的数值模拟计算,揭示了岩土体及其附属构筑物在地震作用下的动态响应和变化规律,指出了窟体防护加固的重点部位。分析结果表明,随着地震动峰值加速度(PGA)、反应谱特征周期和地震动持续时间的增大,洞窟的位移和应力值明显增大,应力集中区的范围扩大,围岩损伤的可能性增加,稳定性降低。应力分布与洞窟数量、组合特性、几何形状和尺寸密切相关,并控制了石窟围岩的震害特征。其成果为石窟文物的科学保护和岩体抗震加固与减灾提供理论基础和实践依据。     

急倾斜软硬互层巷道变形破坏机制及支护技术研究

针对急倾斜软硬互层巷道围岩大变形控制难题,采用现场试验、理论分析和数值仿真等多种手段,研究急倾斜巷道围岩变形破坏机制,研究结果表明：急倾斜软硬互层巷道的变形与破坏具有非对称性,偏压作用明显,呈现顶板下滑,底板臌起的相互错动变形特征,底臌严重且易片帮冒顶。巷道断面与岩层倾斜方向的钝角部位受侧向约束小,因而剪切滑移变形较大,是产生非对称变形破坏的关键部位;下帮围岩变形破坏较上帮更为严重。基于急倾斜巷道的变形破坏特点,提出在锚- 网-索耦合支护的基础上利用锚索、底角锚杆等对产生差异变形破坏的关键部位进行加强支护的方法,巷道大变形得到了有效控制。     

三维数值模拟在地下工程围岩二次应力-形变场研究中的应用

地下工程开挖时常出现围岩稳定性问题[1],而研究围岩稳定性问题的关键之一是围岩开挖后的二次应力-形变场研究.由于受诸多不确定因素的影响,对此问题的认识和研究面临一定难题.工程实践证明,借助三维数值模拟方法来研究这一问题具有较好效果.     

大埋深软岩巷道围岩变形破坏力学机制分析

扩容性、应变软化性和破坏历时性属于岩石的基本力学性质．从岩石的这些力学性质出发．分析了大埋深软岩巷道围岩变形破坏的力学机制．     

基坑开挖引起围岩变形破坏过程的数值模拟分析

应用自行开发的岩石破坏过程分析软件F-RFPA2D对澳门某基坑开挖引起围岩及地表变形破坏进行了数值模拟分析,认清了围岩破坏模式及发展全过程,得到了和实际情况基本一致的结果,说明了F-RFPA2D程序做为一种新的数值模拟方法,可以用来研究基坑、边坡开挖引起的围岩破坏过程.     

渗流作用下深埋巷道围岩热交换过程的数值模拟

为了研究深埋巷道围岩温度场的分布规律,基于传热学和渗流理论建立了深埋巷道围岩的热扩散数学模型,结合边界条件采用MATLAB对其进行了数值求解,获得了在风流和渗流耦合作用下围岩的温度场和温度矢量分布。研究结果表明,渗流改变了围岩初始温度场和温度矢量的对称分布的状态,围岩内部的温度场可划分为向内扩散区和向外扩散区。在围岩与风流的热交换作用下,巷道的壁面温度将接近风流温度,温度矢量零点的范围呈现出逐步增大的趋势。当热交换达到平衡状态时,向内扩散区的温度场呈现为环状对称分布状态;而向外扩散区等温线的形状没有明显的改变,但等温线的分布逐渐稀疏。     

深部巷道软弱围岩破裂碎胀过程及锚喷-注浆加固FDEM数值模拟

针对深部巷道软弱围岩的破裂碎胀大变形预测及围岩控制存在的难题,采用了有限元与离散元耦合程序(FDEM)数值模拟方法对上述问题进行了研究。首先阐述了FDEM的基本原理;然后采用单轴压缩、巴西劈裂和三轴压缩模拟试验与室内试验对比,进行了输入参数的标定;最后对深部高地应力条件下的巷道开挖后软弱围岩破裂碎胀大变形进行了模拟,并基于实体建模的方法采用了锚喷(锚杆+喷浆)-注浆对巷道围岩加固进行了模拟。研究结果表明:巷道的大变形主要是由于围岩的破裂、碎胀造成的,浅部以拉伸破坏为主,向深部过渡到剪切破坏;剪切破坏角与单轴压缩试验结果一致,为58°;裸巷的裂纹最大扩展范围为10.6 m、表面最大位移收敛量20.7 cm。采用锚喷和锚喷-注浆加固后能有效地控制围岩的变形,抑制了裂纹的扩展范围(减小到5.8 m、5.1 m),且围岩表面收敛量大幅减小(5.1 cm、4.2 cm)。     

厦蓉高速公路某隧道洞口段开挖对仰坡变形影响的数值分析

针对一座浅埋偏压隧道,采用FLAC3D对该隧道进口段进洞开挖进行动态施工三维数值模拟。基于围岩应力分布特征,仰坡坡面轴向和横向位移的变化特征,分析了偏压浅埋隧道洞口段开挖引起的仰坡变形规律。计算结果揭示：仰坡后缘下沉,前缘向洞心外有移动趋势;隧道开挖引起隧洞洞身附近岩体出现较大应力集中和变形现象,洞口段洞身以上仰坡坡面主要以竖向沉降为主,洞身两侧向洞内挤压。在此基础上提出了保证仰坡稳定和安全进洞的一些建议。     

复合采动影响下边坡岩体变形机制的数值分析

在各类矿产资源的开采过程中,有许多矿区属地下与露天复合开采情况。依据采区的空间对应关系,两种采动影响域中的一部分相互重叠,致使其采动效应相互作用和相互叠加,从而组成一个复合动态系统,因此,边坡岩体变形机理更加复杂,与单一露天开采相比有较大的差异。然而,过去在处理此类问题时近似地按单一露天采动影响下的分析方法,结果与实际情况有一定差异。     

岩体流变情况下隧道合理支护时机的数值模拟

以广梧高速公路牛车顶隧道为工程背景,探讨岩体流变情况下隧道二衬支护时机确定的理论和数值计算方法。对比理论方法预测拱顶下沉时程曲线与现场实测结果,建立数值计算模型,分析隧道围岩应力释放系数对围岩稳定性的影响表明,理论方法预测拱顶下沉时程曲线与现场实测表现出相同的发展规律,并且二者得到的二衬支护时间基本相同,验证了理论方法的正确性。围岩应力随着掌子面推进而不断释放,III级围岩应力释放比较缓慢,空间效应比较明显;当开挖释放应力系数大于或等于60%时,整个围岩的松动区都大于锚喷加固范围,最终确定出二衬的合理支护时机,为工程实践提供参考。     

采深和松散层厚度对开采沉陷地表移动变形影响的数值模拟研究

文章以山西霍州辛置煤矿2204工作面为试验研究基地,采用岩石破裂软件RFPA2D模拟开采沉陷过程,研究煤层采动后地表移动及变形的规律;系统地分析了采深采厚比对地表移动及变形的影响。     

节理岩质边坡变形的DDA模拟

对原非连续变形分析方法（DDA方法）中边界约束方法进行了推广，将其应用于节理岩质边坡变形规律的数值模拟，并利用模型实验结果验证了推广方法的正确性。     

基于非完整拱效应的软岩隧道掌子面变形及其控制研究

为研究大断面软岩隧道掌子面变形规律及控制方法,基于新意法及非完整拱效应理论对雷公山隧道构造破碎区域掌子面大变形失稳机理进行分析,基于GSI围岩评级系统获得隧道围岩的力学参数,通过FLAC3D构建隧道三维数值模型,进行系列工况试验,研究隧道在非完整拱部效应时掌子面挤出位移及预收敛位移的变化特征,分析隧道掌子面预约束及预加固措施对大断面软岩隧道稳定性的影响。结果表明,掌子面处的挤出位移均在内轮廓中心处达到最大,并呈环形逐渐向外减小,超前核心土预加固在掌子面中心处对挤出位移及预收敛位移影响最为明显;隧道开挖在掌子面纵向造成的扰动范围约为1. 2倍洞跨,在掌子面径向造成的扰动大约为1. 5倍洞跨;根据计算结果提出掌子面加固措施,通过对隧道预收敛变形及挤出变形的监测分析,验证支护方案的可靠性,提出的掌子面预约束及预加固措施对大断面软岩隧道施工具一定的借鉴意义。     

基于无网格法的含缺陷岩石变形局部化数值模拟研究

利用自主开发的基于无网格法的岩石力学计算分析程序,采用Mohr-Coulomb破坏准则,考虑材料塑性屈服后的软化特性,研究单轴压缩条件下含一个缺陷的岩石试样的变形特性,探讨含缺陷材料的岩石变形局部化的演化规律。计算结果表明,岩石试件的破坏是一个渐进破坏的过程;加载过程中试件中的缺陷弱粒子首先出现粒子破坏并产生声发射,随加载进行试件产生微裂隙并扩张形成一个变形局部化带,局部化带扩张、发展,最终形成一个明显的剪切破坏带,缺陷粒子对试件的破坏起到了控制作用。岩石的声发射记录了岩石材料的塑性破坏过程,岩石试件的剪切破坏带与塑性区的发展具有非常类似的规律,但塑性区面积要大于剪切破坏带,从所处位置来看剪切破坏带位于塑性区之内,通过研究声发射特征信息发现变形局部化发生在应力-加载步（应变）达到峰值强度前。