单轴压缩条件下普通混凝土柱的峰后非线性尺寸效应

将单轴压缩条件下遭受到剪切带(峰值应力之后呈现线性应变软化行为)形式的单一剪切破坏普通混凝土试样的峰后应力-应变曲线斜率的解析解推广为非线性情形.在峰值应力之前,采用Scott模型描述非线性的本构关系.剪切带的非线性应变软化本构关系由导出的最短普通混凝土试样峰后斜率反算.利用得到的峰后本构关系,对其他较长的普通混凝土试样的应力-应变曲线进行了预测.预测的峰后应力-应变曲线依赖于试样的高度,且与实验结果吻合.估算的剪切带内部平均塑性剪切应变远大于在单轴压缩条件下测得的轴向应变的极限值.若测得的峰后应力-应变曲线被视为本构关系,则普通混凝土柱的峰后延性将被极大地低估.     

煤矿井下留设煤柱蠕变规律

为研究复杂应力状态下条带煤柱的长期稳定性及其变化规律,采用理论分析和数值模拟的方法,推导了井下留设煤柱的蠕变模型,分析了该模型具有应变随时间变化逐渐增大而后又趋于稳定的非线性特征,同时试验得出的蠕变曲线也验证了模型的衰减蠕变过程.FLAC3D模拟研究结果表明,七台河90#条带煤柱的蠕变类型为衰减蠕变,煤柱在开采结束的第三年进入稳定蠕变阶段,这与现场地表破坏程度的考察及矿方对地表下沉的监测结果相符合.研究对胜利煤矿一采区的上覆岩层和地表建筑物起到了很好的保护作用.     

峰后脆性对非均质岩石试样破坏及全部变形的影响

在平面应变压缩条件下,采用FLAC模拟峰后脆性对含初始随机材料缺陷的岩样的破坏过程、前兆、声发射及全部变形特征的影响.利用若干FISH函数预置初始随机缺陷,计算全部变形特征,并统计每10个时间步内的破坏单元数.密实的岩石服从莫尔库仑剪破坏与拉破坏复合的破坏准则,破坏之后呈现应变软化-理想塑性行为.缺陷在破坏之后经历理想塑性行为.不同脆性岩石的峰后的应力-轴向应变曲线、应力-侧向应变曲线、侧向应变-轴向应变曲线、体积应变-轴向应变曲线及由侧向应变及轴向应变计算得到的泊松比-轴向应变曲线于应力峰值之前发生分离.由于缺陷的依次破坏,在初始加载阶段之后,计算得到的泊松比随着轴向应变的增加而直线上升,这使侧向应变增加的速度超过轴向应变增加的速度.随着峰后脆性的降低,岩样失稳破坏的前兆变得明显,破坏变得不突然.脆性越强的材料,体积膨胀之后发生应变软化越早;剪切应变集中的位置越少;在硬化阶段及软化阶段,声发射持续的时间越短.     

煤柱尺寸留设数值模拟研究

护巷煤柱尺寸是影响回采巷道顶板围岩稳定性的一个重要因素。禾草沟煤矿开采过程中矿山压力比较明显,原设计预留大煤柱,造成较大煤炭损失。基于禾草煤矿煤层地质条件,采用数值模拟软件FLAC3D,建立了煤柱尺寸为6 m、8 m、10 m、12 m和14 m数值模型,模拟研究了煤柱及巷道塑性破坏区范围,沿空巷道应力分布,沿空巷道位移情况。综合考虑塑性区破坏范围、最大主应力、顶板位移值和资源回收等因素,该矿煤柱为10 m时符合经济安全开采要求。     

成庄矿3~#煤层防水煤柱留设FLAC3D数值模拟研究

针对成庄矿3#煤层防水煤柱留设研究,结合以往研究成果和3#煤层底板实际情况,利用FLAC3D数值模拟软件采用库仑—摩尔力学模型建立三维模型,对3#煤层顶底板距岩溶陷落柱不同距离的塑性分析和垂直应力进行模拟。由于煤柱尺寸的减小,其煤柱内的垂直应力随之增大。模拟结果为3#煤层的防水煤柱留设宽度为40 m。防水煤柱的留设应保证煤柱本身或顶、底板隔水层厚度足以抵抗临近含水层的静水压力,同时应兼顾压煤量的经济合理性.其研究结果为成庄矿安全开采提供了安全保障。     

煤层群下行开采煤柱应力传递规律

为研究煤层群开采过程中遗留煤柱应力传递规律,防治下煤层开采中上部煤柱应力传递形成应力集中引起的矿井动力灾害.采用理论研究与数值模拟的方法对煤柱的应力传递规律进行研究.应用土力学原理对集中应力和线性应力在岩体中垂直近似传递规律公式进行推导;运用FLAC3D软件对同忻矿8104工作面区段煤柱应力状态及上覆侏罗系煤柱应力传递规律进行数值模拟,对不同宽度以及不同应力场条件下煤柱应力传递规律进行分析.研究发现,煤柱应力垂直传递受到自身宽度、埋深、采高和煤层倾角的影响,同时还受下部采空区的影响.8104工作面准备完成后煤柱所受应力较高,工作面前方应力升高区近100 m,工作面推进到550 m时矿压显现较严重,对工作面安全作业威胁较大,煤柱应力升高主要是由上部采空区煤柱应力传递及采空区悬顶面积过大所引起.     

非均匀条带开采煤柱稳定性及地表变形规律分析

采用理论分析及数值模拟相结合的方法,分析了非均匀煤柱条带开采中的煤柱稳定性及地表变形规律,并与常规均匀条带开采进行对比。结果表明:条带开采中,煤柱受力存在明显的不均匀性,最中间的煤柱受力最大,两侧煤柱受力较小,塑性区宽度也稍小于最中间煤柱。随着最中间煤柱宽度的增加,所受应力逐步降低,煤柱弹性承载区面积逐步增大,煤柱的稳定性增加。从系统论的观点出发,要提高整个煤柱系统的稳定性,可以提高最容易发生失稳破坏的最中间煤柱的稳定性。同时,地表沉陷值从480mm减少为420,400mm,煤柱的冲击倾向性也降低。因此,非均匀煤柱条带开采有利于提高煤柱承载系统的稳定性,减少地表沉陷及冲击地压的发生。     

孤岛工作面窄煤柱尺寸模拟

基于查庄煤层地质条件,利用数值模拟法确定合理的煤柱宽度。采用数值模拟软件FLAC3D建立了坚硬顶板孤岛工作面数值模拟力学模型。模拟方案确定为四个,煤柱宽度分别为2m、3 m、4 m和5 m,研究了巷道围岩垂直位移和水平位移分布、塑性破坏状态、垂直应力和水平应力分布情况。研究表明,在孤岛工作面中,由于回采巷道受采动影响较大,巷道变形破坏极其严重,水平应力和垂直应力也相应增加,是造成巷道顶板下沉和底臌以及两帮变形破坏的主要原因。煤柱宽度为4 m时,无论从经济上还是技术上都最为有利,此时巷道变形破坏较轻微,围岩位移量较小,对巷道维护有利。     

特厚煤层大采高综放开采区段煤柱留设宽度研究

针对特厚煤层大采高综放开采区段煤柱合理留设的问题,以同发东周窑煤矿为工程背景,采用弹性力学极限平衡法求得煤柱合理的理论留设宽度为20.87～24.08 m,利用工程类比法得到该煤矿上区段采空区煤柱侧严重塑性破坏区宽度约为4 m.运用FLAC3D数值分析软件对四种煤柱留设方案下煤柱内部的垂直应力、塑性破坏特征及巷道围岩的变形量进行剖析,以确定该煤矿区段最合理的煤柱留设宽度.结果显示：窄煤柱受大采高综放开采的特厚煤层和下区段回采双向侧向支承压力叠加的影响容易失稳变形破碎.综合考虑,最终确定该煤矿区段煤柱合理留设宽度为24 m.     

煤柱宽度对综放回采巷道围岩破坏场影响分析

为了研究综放回采巷道围岩破坏场随护巷煤柱宽度变化的特征，采用计算机数值模拟（FLAC3D）对不同煤柱宽度综放回采巷道围岩破坏进行了研究。结果表明：不同宽度煤柱的巷道围岩在回采期间破坏有很大差异，极窄小煤柱完全破坏，中等煤柱压应力较高，较大宽度煤柱内存在弹性区，但造成的煤炭损失大：巷帮实煤体的破坏主要以剪切破坏为主，而煤柱的破坏则主要是剪切、拉伸复合破坏。合理的护巷煤柱宽度应大于保证煤柱不被压垮、不发生裂隙向采空区漏风、诱发自燃的最小煤柱尺寸，同时最大煤柱宽度应避免煤柱承受较高应力而失去稳定性。     

浅谈数值模拟软件FLAC3D在某边坡工程中的应用

我国地质条件复杂,常常发生边坡变形破坏。以某边坡工程为例,运用数值模拟软件FLAC3D对该边坡的应力场规律性进行了数值模拟分析,并且对边坡的破坏形式进行了分析。研究结果表明,该边坡并未出现明显的拉应力区,总体基本上以压应力为主,也就是说该边坡若发生破坏,是以"压-剪"破坏模式为主。     

上山保护煤柱应力传递规律解析

为研究煤层下行开采过程中上山保护煤柱应力传递规律,防治深部开采中煤柱支承压力向下传递形成应力集中引起的动力灾害,采用理论分析和数值模拟方法,基于弹性力学原理推导上山保护煤柱应力传递规律函数,并应用于某矿煤柱应力传递;运用FLAC~(3D)数值模拟某矿1~#煤层遗留煤柱对2~#煤层巷道掘进的影响.研究结果表明:上山保护煤柱力学模型包括大煤柱和小煤柱2个部分,煤柱垂直应力传递具有扩散和衰减作用;2~#煤层处于煤柱下方时,煤体应力为19.93～22.39 MPa,垂直应力增量峰值为3.13 MPa,高出原岩应力13.6%,增大了动力灾害发生的危险;煤柱对2~#煤层影响范围为进煤柱前100m到出煤柱后100m.研究结论揭示了上山保护煤柱垂直应力传递规律,有助于防治由煤柱支承压力集中引起的动力灾害.     

浅埋大采高工作面区段煤柱下合理留设宽度模拟研究

本文利用FLAC3D数值模拟软件通过建立模型对不同宽度煤柱下巷道围岩垂直应力、变形及破坏规律进行了研究分析。研究认为:随着煤柱宽度的增大,煤柱应力集中范围越来越小,应力集中系数越来越小,逐渐呈现均匀承载现象,同时巷道围岩位移量、煤柱塑性区、巷道围岩塑性区范围也逐渐减小。随着煤柱宽度的增大,煤柱弹性区域范围越大,煤柱越稳定,回采巷道越安全,考虑到煤柱过宽会造成资源的浪费,最终确定合理的区段煤柱尺寸在14~16 m之间。     

综放沿空巷道小煤柱合理宽度确定

采用现场实测、FLAC3D数值模拟及理论计算的综合研究方法,对综放采场沿空掘巷的合理布置进行了深入研究。通过对机巷下侧煤体沿倾向应力测试,获得煤体沿倾向应力变化规律;同时采用FLAC3D数值软件分析了不同煤柱宽度(3,5,7,10,15和20m)的应力场、位移场及破坏场特征,获得不同煤柱宽度时巷道力学特征;在现场实测及数值模拟成果基础上,通过计算,得出了区段煤柱的合理尺寸。工程实践表明,该方法确定的煤柱尺寸科学、可靠,为综放回采巷道的合理布置及护巷煤柱参数的合理确定提供了科学依据。     

大倾角综采工作面覆岩运移规律

为研究大倾角综采工作面覆岩运移规律,运用FLAC3D数值模拟软件建立模型,分别模拟了煤层开采过程中不同推进距离的围岩垂直应力分布,以及顶底板垂直位移,并通过现场对液压支架工作阻力沿推进方向和倾斜方向的统计分析,进一步分析了大倾角工作面覆岩运移特征.结果表明:大倾角煤层开采过程中,沿工作面倾斜方向垂直应力和位移具有非对称性,中部和上部覆岩位移量和垂直应力释放范围均较下部大,覆岩活动较为剧烈.研究结论为工作面支架安全管理提供了依据.     

急斜特厚煤层残留煤柱稳定性分析及其动力灾害防治

为研究急斜特厚煤层开采过程中残留煤柱的稳定性及其应力异常区引起的回采安全问题,以乌鲁木齐矿区乌东煤矿南采区87°急斜特厚煤层为研究背景,运用块体理论构建了残留煤柱滑移失稳力学模型,采用FLAC~(3D)数值模拟软件分析开采扰动下残留煤柱的应力演化特征,提出了残留煤柱分段深孔爆破弱化的卸压措施。结果表明:当煤层倾角α,顶板侧围岩与残留煤柱的摩擦系数μ_1,底板侧围岩与残留煤柱的摩擦系数μ_2之间满足αarctan(μ_1+μ_2)时,残留煤柱将发生滑移失稳;残留煤柱易使顶底板应力状态改变,在开采扰动和顶底板高应力双重作用下,残留煤柱极易诱发动力灾害;卸压措施有效削减残留煤柱内部储存的应力强度,降低动力灾害的发生频率,实现工作面安全通过煤柱危险区域。     

基于边坡稳定性的SHM开采端帮特厚煤层影响参数研究

SHM(Superior Highwall Miners)端帮采煤技术主要针对露天矿坡下薄煤层开采,为了解决端帮特厚煤层开采所需提供的影响参数问题,弄清楚多层开采所引起边坡变形和应力重新分布机理,保证边坡稳定安全,应用边坡稳定理论和FLAC3D数值模拟的手段,以某露天矿为工程背景,计算分析了边坡角、SHM开采层数的顺序、煤柱宽高和间距等重要影响参数对边坡稳定性的作用影响.计算结果表明,开采后边坡稳定系数减小;边坡角越大,稳定系数越小;开挖层数增加,稳定系数减小;煤柱高度越高、宽度越小、间距越大,稳定系数越小.通过理论分析和数值模拟,给出了较优的具体参数值,为弄清SHM开采特厚煤层所引起露天矿边坡变形机理,防止滑坡灾害产生,确定开采流程和重要参数尺寸设定提供了依据.     

岩溶水矿床开采的矿柱稳定性分析

谷家台铁矿是岩溶水矿床,在使用矿体顶板帷幕注浆防水的情况下,矿山采用点柱上向水平分层充填采矿法开采。针对矿柱稳定性问题,通过FLAC3D有限差分数值模拟方法,定量地计算和分析矿体开采过程中采场充填后不同开采步骤下采场点柱和间柱的应力、位移和塑性区的分布状况,模拟出它们随每步开采应力和应变的动态变化过程。根据模拟显示的间柱对上部矿体的支撑作用明显好于点柱结果,建议矿山在综合评价经济效益的基础上,可考虑每个矿房之间保留间柱,实现矿山的安全高效开采。     

卸荷扰动下窄煤柱巷道底板破坏力学行为分析

基于弹性力学和经典矿压理论,以FLAC3D软件模拟矿井窄煤柱巷道开挖后底板的稳定特征,得到了窄煤柱回采巷道开挖前和开挖后底板的应力演化规律和损伤特性.研究结果表明:巷道开挖后,巷道和煤柱底板的球应力值低于原岩应力,实体煤底板则相反,导致巷道底板处于一侧膨胀一侧压缩的非均压状态.开挖后煤柱和巷道底板处于卸轴压和卸围压状态...     

近距离煤层采空区下回采巷道合理位置的选择

本文以东欢坨煤矿9煤层与12_(-1)煤层近距离煤层开采为研究背景,采用理论分析和FLAC3D数值模拟方法,研究了回采巷道合理位置的选择问题。结果表明:通过理论计算9煤层开采后底板最大破坏深度达到26.6 m,对部分12_(-1)煤层开采造成一定影响;2322工作面回采巷道应布置在应力降低区,距9煤层煤柱边缘水平距离16 m的采空区下,这样对巷道两帮位移及顶板位移影响相对较小。该矿2322工作面的回采实践证明了巷道布置的合理性。