深部巷道初期锚喷支护的非线性数值模拟分析

针对矿井巷道采掘日益加深的现状,根据岩石力学的基本原理,运用ANSYS有限元分析软件,对深部巷道的初期锚喷支护进行非线性数值模拟计算。论文中讨论了支护结构受力情况,分析了支护后围岩的变形与应力分布规律。另外,对巷道初期支护后围岩断面收敛情况进行了数值计算与实测数据的对比分析,并确定出二次支护的最佳时期。结果表明:锚杆与喷射混凝土支护抗变形能力强,可以作为巷道初期支护来控制围岩变形。     

矿井围岩与支护系统复杂性研究

为研究围岩与支护技术问题,对近十年来相关研究工作进行了系统分析,发现围岩与支护是相互作用、相互制约的一个复杂非线性系统。利用力学与非线性系统理论建立了围岩与支护系统的耗散结构模型,论述了围岩熵产生与支护熵流的相互关系。根据信息熵的原理建立了矿井支护可靠熵模型,并与结构可靠性进行对比分析。最后提出深部巷道断面优化设计,降低巷道底角的非线性应力集中状态,实际应用中使巷道底鼓量减少20%以上。     

深部倾斜巷道变形机理的数值模拟

文章综合考虑影响深部巷道围岩变形的各种因素,并以淮北临涣矿为工程背景,通过现场观测、调研、取样和煤岩力学参数的实验室测定,建立了临涣煤矿的深部巷道计算模型;采用大型有限元软件ANSYS,分析软岩影响下的巷道变形特点;论述了适合软岩巷道围岩变形控制的耦合支护理论,并结合该理论和软岩巷道应力破坏特点,对临涣煤矿软岩处进行了支护优化设计,并对支护设计的结果进行了数值模拟仿真分析,得出对后续现场支护工业实验具有指导意义的结论。     

深部巷道围岩热-固耦合条件下的变形破坏数值分析

为研究深部巷道围岩热-固耦合条件下的变形破坏特征,根据深部巷道围岩体稳态温度场模型,得出了热-固耦合条件下深部巷道围岩体应力场、位移场及塑性圈半径的解析解,总结了热应力作用下围岩变形破坏的影响因素。借助Comsol Multiphysics多物理场耦合仿真软件对深部巷道围岩进行热-固耦合数值模拟,并将岩石力学参数与温度的关系引入模拟计算,分析了热应力、支护阻力对围岩变形破坏的影响规律。仿真结果显示,围岩热应力场分布呈非线性变化,浅部应力梯度大,深部应力梯度小;当巷内温度低于原岩温度时,热应力为压应力;随原岩温度升高,径向卸压范围及切向应力集中范围扩大,围岩塑性圈宽度和径向位移值有所增大;随巷内支护阻力提高,围岩塑性圈宽度和径向位移值则有所减小。现场试验发现,巷道围岩热应力场、应力场及位移场计算结果与实测结果吻合较好。     

深部矿井煤系地层软岩蠕变特征试验

采用在预定围压下先固结后径向卸载的三轴蠕变试验方法,模拟软岩巷道开挖过程应力状态变化,通过三轴卸载剪切蠕变试验表明随剪应力水平的降低蠕变速率显著减小.当剪切应力高于一临界值时,深部矿井软岩蠕变过程历经减速、定常和加速蠕变三个阶段破坏.根据试验结果,为描述非线性加速阶段蠕变规律,采用改进的元件,提出了软岩非线性的黏弹塑蠕变本构模型,通过有限元本构程序的二次开发,将提出的本构模型嵌入到ADINA非线性有限元程序中.对某矿井巷道软岩开挖支护过程进行数值模拟,表明弹黏塑蠕变本构力学模型能够较好地反映软岩的变形特征,数值模拟和实测结果吻合良好,可为矿井深部软岩巷道设计与施工提供参考.     

深部巷道围岩松动圈厚度测试及支护体变形机制分析

基于声波测试技术对金川二矿区深部巷道围岩松动圈进行了现场测试,通过对测试结果进行的分析和研究,得到了金川深部巷道围岩松动圈厚度的基本特征.借助FLAC3D数值分析程序建立了随机裂隙网络模型,分析了金川深部矿区巷道围岩塑性区发展规律.结合现场围岩变形收敛规律及支护体变形特征,基于喷锚网支护体与巷道围岩相互作用的力学机理,研究分析了金川深部巷道双层喷锚网支护结构的变形机制.     

软岩巷道围岩指数蠕变模型流变分析

焦作矿区古汉山煤矿的采矿条件为软弱围岩的深部巷道,变形大且持久,给巷道支护及维护带来很大困难,严重影响生产。该文根据古汉山煤矿现场地质资料和岩石的相关实验参数,利用FLAC软件中的蠕变分析模块,采用指数蠕变模型,模拟预测焦作矿区古汉山煤矿的巷道围岩随时间的变形情况。数值模拟的结果与实测比较吻合。     

深部巷道围岩蠕变的数值模拟

煤矿深部开采时,针对高地应力下岩体蠕变导致的巷道围岩变形问题,分析了围岩变形破坏特征,并结合现场相关地质资料,采用FLAC^3D程序的Burgers蠕变模块,对不同围压条件下巷道围岩蠕变问题进行模拟研究。结果表明：围岩的蠕变存在着初始蠕变和稳定蠕变两个阶段;围岩的蠕变移近量、变形速率和应力均随时间的延长而增大,最终趋于稳定。该研究对高地应力条件下巷道施工有一定指导意义。     

深部巷道围岩蠕变分析与离散元模拟

将顶管法应用于深部煤矿地质条件下深部岩体施工中,会遇到因岩石流变等大变形导致顶管机的卡停甚至抱死,因此充分考虑岩石的流变特性,对顶管法在高地应力区的应用十分重要。以张集矿北区1413A高抽巷为例,利用离散元PFC3D(particle flow code 3D)程序对巷道蠕变特性进行了系统的研究。首先,调用伯格斯模型,通过虚拟蠕变试验对巷道所处粉砂岩层的微观参数进行标定,并与室内试验数据对比,从而验证离散元方法用于岩石蠕变问题分析的可行性。然后,建立巷道的平面应变离散元模型,设置多个测量球,得到了巷道围岩的应力应变在时间和空间上的分布情况,并与理论解对比,发现两者吻合较好,可为后续巷道围岩蠕变的深入研究提供有益的参考。     

高应力软岩流变特性及预应力锚固技术分析

随着中国煤矿开采深度的不断增加,高应力软岩巷道支护已成为制约煤矿安全生产的主要瓶颈.依据软岩三轴压缩的分级加载蠕变试验曲线的规律与时效特征,建立了高应力下泥质粉砂岩Burgers粘弹性流变模型,并依据粘弹塑性力学的基本理论,推导了该模型的一维蠕变本构方程,进而借助非线性回归分析辨识了模型参数.采用FLAC3D软件数值模拟预应力锚杆与锚索预紧力对高应力软岩巷道蠕变的影响,仿真结果表明,随着锚杆与锚索预紧力的提高,巷道围岩的位移量逐渐减小,锚杆预紧力大于100 kN且锚索预紧力大于900 kN较为合理.     

塑料胀壳式注浆锚杆设计及机理

塑料胀壳式注浆锚杆是针对松软围岩巷道中锚杆支护出现的锚固作用不够、漏顶、片帮等诸多问题而研制的·通过对锚杆杆体及围岩的受力分析,利用ANSYS有限元进行数值模拟,与国内外其他注浆锚杆进行比较,得到了塑料胀壳式注浆锚杆的锚固力是端锚锚杆锚固力与全长浆体粘结锚固力叠加的结果·其具有锚固力大,成拱作用范围大,安装方便,止浆密封可靠,经济合理等优点·塑料胀壳式注浆锚杆主要适用于锚固加固松软围岩,防止漏风,避免发火,堵水等     

基于分数阶微积分的岩石硬性结构面蠕变本构模型

结构面普遍存在于工程岩体中,影响工程安全。对含结构面岩体的蠕变特性及本构模型的研究对揭示岩质边坡蠕变机制及边坡失稳预测具有较大的意义。利用水泥砂浆制作非贯通硬性结构面试样,进行剪切蠕变试验,并对蠕变特性进行分析。将整数阶黏壶元件改进为分数阶微积分软体元件,并替换Kelvin模型中整数阶黏壶元件,同时引入能够模拟结构面加速蠕变过程的非线性黏性元件并将其非定常化,采用元件组合方式,构建基于分数阶微积分的岩石硬性结构面蠕变本构模型。以非贯通硬性结构面和贯通型硬性结构面试样剪切蠕变试验数据为基础,分别对本构模型进行验证并对待定参数进行辨识。结果证明,试验值和预测值之间相关性程度R~2均较高,非贯通硬性结构面和贯通型硬性结构面相关性R~2分别达0.94和0.97,表明该模型能较好地模拟非贯通硬性结构面和贯通型硬性结构面岩体蠕变特性,对揭示岩质边坡蠕变机制和时效演化有重要意义。     

赵各庄矿深部回采巷道围岩变形规律的数值模拟研究

针对深部回采巷道的围岩变形规律而采取针对性的治理措施,改善巷道的支护与维修现状,利用连续介质显式有限差分计算机软件FLAC3D对综采放顶煤工作面的回采巷道围岩变形规律进行了数值模拟研究,并根据其数值模拟结果采取了超前加固支护,有效地控制了深部软岩巷道支架变形,降低了巷道的维修量,对深部矿井开采有一定指导作用。     

GMAW 温度场计算及其焊接质量的特征建模

根据传热学、流体力学、物理冶金等理论，在熔化极气体保护焊(GMAW)的三维非稳态熔池的数学模型基础上建立了有限元模型，并使用通用有限元软件ANSYS对熔池温度场进行了计算．通过熔宽和熔深的测量值与ANSYS计算值进行比较，误差均控制在8％以内，表明使用ANSYS来计算GMAW温度场是可靠和可行的．结合智能诊断的基本理论，还建立了GMAW焊接质量的人工神经网络预测模型，并且采用软件MATLAB6．1对模型进行计算．结果表明，模型与实际过程符合较好，对于非线性的焊接过程，神经网络的适应性较强．     

深部矿井围岩应力变形的ANSYS数值模拟

针对矿井开发日益向地壳深处发展的现状,根据岩石力学和流变力学原理,分析了矿井在深部开采条件下开采深度和温度对围岩应力和变形的影响.采用大型通用有限元分析软件ANSYS,建立二维模型并对某矿井进行了数值模拟,184号节点在1 500和2 000 m深度下,矿井岩石的应力分别为42和56 MPa,位移分别为1.18和1.57 m.结果表明:围岩的变形随时间的增加而增加,并且围岩的应力与变形随开采深度(温度)的增加而增加.     

层状盐岩力学特性与蠕变机理研究

对层状盐岩力学特性进行实验与分析,获取相应的力学特征参数,是盐岩地下溶腔蠕变特性数值模拟的必要步骤,是数值计算中力学模型的组成要素。本文通过单轴压缩、三轴压缩和压缩蠕变等实验,获取层状盐岩短期强度特性和长期蠕变特性的力学特征参数,为盐岩蠕变模拟提供必要的参数支持。在此基础上,本文对层状盐岩蠕变机理进行分析,并将对盐岩蠕变率方程进行解析,为构建盐岩蠕变本构模型作铺垫。     

细长轴车削加工振动特性分析

根据细长轴车削振动力学理论,建立车削加工过程力学模型,得出细长轴振动特性的固有频率理论计算公式,利用Matlab软件求出振型函数的振动方程曲线.利用ANSYS软件对细长轴车削过程进行模态分析,得出其前3阶固有频率.对比仿真结果和理论振动方程曲线,发现二者结果非常一致,验证了分析结论的正确性.     

蠕变作用下埋深对结构受荷特征影响分析——以广佛环线东环隧道工程为例

为研究在围岩蠕变作用下不同埋深软岩盾构隧道管片结构的受荷特性,以广佛环线东环隧道工程为背景,利用FLAC~(3D)(fast lagrangian analysis of continua in 3 dimensions)有限差分软件建立了数值分析模型,采用改进的黏弹塑性蠕变本构(burgers-creep viscoplastic model, CVISC),分析了埋深对管片的位移、内力及与围岩的接触压力影响。结果表明:隧道初期开挖之后,顶部围岩沉降,底部发生隆起,考虑围岩蠕变效应后,管片衬砌发生整体沉降,隧道埋深越大,管片体整体沉降越发显著;随隧道埋深的增大,弯矩、轴力与接触压力均逐渐增大。围岩未考虑加速蠕变下,蠕变过程中管片衬砌的内力和接触压力的变化规律基本相同,有衰减蠕变和稳定蠕变两个阶段。