FLAC在地下巷道离层破坏非线性数值模拟中的应用

岩体力学问题的决策所涉及的因素如地质、岩体结构特征、岩体力学性质,工程特征生产、施工及其它信息大多数都是不确定的,也就是说以上这些信息呈模型性、随机性、未确定性和不完全性。本文主要探讨岩石力学非线性计算软件－ＦＬＡＣ＾２Ｄ３．３在地下巷道层破坏数值计算中的应用。     

FLAC在地铁隧道数值模拟中的应用

针对具体的工程和现场监测以及实测资料,用FLAC对沈阳地铁青怀区间段进行数值模拟及分析,得出了隧道位移变形、各种应力云图以及相关的等值线等重要工程信息,其结论可为工程施工提供依据,使工程建设更加安全、经济、合理地完成．     

深部巷道围岩变形破坏规律的数值模拟研究

巷道随开采深度的增加,其围岩变形会逐渐增大,特别是深部巷道.本文采用FLAC3D软件,分析深部巷道的掘进过程中围岩变形规律及应力分布.研究表明:巷道开挖后,顶板会产生了高达144 mm的下沉变形量,底部产生了将近15 mm拱起变形量,两帮偏移量高达208 mm;围岩应力会产生二次分布,其中顶底部会产生最大0.12 MP...     

瓦斯爆炸对地下巷道破坏效应的数值模拟分析

为了研究瓦斯爆炸对地下巷道壁面结构的冲击作用规律以及瓦斯爆炸与巷道壁面耦合效应,利用有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA建立管道物理模型,数值模拟了耦合和解耦合条件下管道内瓦斯爆炸压力变化、压力等值线分布、能量变化及管道等效应力的变化情况.模拟结果表明:(1)耦合效应下对爆炸流场内部的冲击超压大小的影响基本上可以忽略;(2)解耦合条件下,管道的应力等压线分布呈现较规则同心环,而耦合条件下,在整个传播过程管道内等压线分布处于紊乱状态,可知在耦合效应下瓦斯爆炸流场在巷道中会变得更加复杂;(3)等效应力分布导致管道多次轻微变形,但第1次变形破坏最为有效,可知瓦斯爆炸时应力波是随着时间的推移逐渐减少.研究结果能够对地下巷道的设计提供一定的理论指导,对减小瓦斯爆炸的损失也具有重要的现实意义.     

非线性不规则波的数值模拟

根据波动方程得到了二阶非线性不规则波的模拟公式，以及二阶波谱的计算式； 探讨了有限水深不规则波的数值模拟方法。利用波浪槽中实测的波谱和理论谱分别计 算了二阶谱，并对不规则波时间序列进行了数值模拟．结果表明，二阶谱对实测谱的影 响主要发生在二倍谱峰频附近及低频区附近；二阶模拟对线性模拟有一定改善作用，     

地下洞室围岩劈裂破坏判据及数值模拟研究

对地下洞室围岩劈裂破坏的形成机理和裂纹扩展演化模型进行探讨。根据断裂力学原理,考虑原裂纹对翼型裂纹的影响,推求压剪应力状态下翼型裂纹尖端的应力强度因子K Iwing演化方程。以金川三矿区为工程背景,根据实测的岩石力学相关参数和地质条件,数值模拟其围岩的劈裂破损区。当翼型裂纹应力强度因子K Iwing达到岩石的Ⅰ型断裂韧度KIC时,地下洞室围岩裂纹发生劈裂贯通的破坏判据,用FISH语言将劈裂破坏判据编程内嵌到FLAC3D中确定围岩的劈裂范围。研究结果表明:数值模拟结果可为地下工程的稳定性评价及支护设计提供参考。     

采动覆岩离层注浆的相似材料及数值模拟

对走向长壁全部跨落法采煤造成的离层现象,进行了4架次相似模拟实验,发现离层发展高度接近于工作面推进距离的0.4-0.6倍,离层的产生是在初次来压与周期来压之间,周期来压之后是进行离层注浆的最好时刻.对覆岩离层注浆进行了数值模拟,工作面推进60 m时注浆,得到注浆的减沉效果为20%～30%.     

采动覆岩离层注浆的相似材料及数值模拟

为研究采动覆岩离层过程与离层注浆时机的问题,采用相似模拟方法,对走向长壁全部跨落法采煤造成的离层现象,进行了四架次实验,并对覆岩离层注浆进行了数值模拟。结果表明:离层发展高度接近于工作面推进距离的0.4～0.6倍,离层的产生是在初次来压与周期来压之间,周期来压之后是进行离层注浆的最好时刻。工作面推进60m时注浆,得到注浆的减沉效果为20%～30%。该成果对离层注浆工程有一定的参考价值和借鉴意义。     

冻土非线性断裂破坏过程数值计算分析

冻土具有非线性特征,因此其断裂破坏过程也是非线性的并存在微裂纹损伤区(MDZ),将MDZ简化为虚拟裂纹,并考虑到冻土特性,假定在虚裂纹面上存在着胶结力,提出了冻土断裂破坏的胶结力裂纹模型,并具体讨论了张拉型破坏和压缩破坏的胶结力裂纹模型.其次,依据Paris位移公式,分别推导均布外力作用下,裂纹面上作用有非线性分布胶结力情况的裂纹尖端张开位移一般表达式,进一步导出了三点弯曲梁及压缩破坏的裂尖张开位移表达式,为冻土非线性破坏过程及特征参数的计算提供依据.最后分别对三点弯曲梁模型及有侧限压缩模型进行了数值计算.对三点弯曲梁计算了不同温度下冻土破坏过程曲线,给出了不同土质非线性破坏特征值-临界张开位移值,并与实测值进行比较,二者相符;对压缩模型,给出了裂纹张开位移过程曲线和不同土质张开位移临界值,并与理论预测值进行了比较,二者也基本相符.在计算方法上采用了有限元和解析法相结合的半解析有限元法.     

拱形巷道在复杂应力条件下的数值模拟

拱形巷道在复杂应力条件下的变形以及破坏形式呈多样化,与围岩性质、地应力和支护结构相关。利用大型有限元软件ADINA对邯郸某煤矿拱形巷道进行数值模拟,可以观察到巷道随着开挖的进行,变形破坏的全过程,其模拟结果与实际情况相符,为在复杂条件下拱形巷道的变形研究及稳定分析提供较好的方法。     

水雾扩散与大气边界层的数值模拟

利用三维非线性ＰＢＬ方程组,采用工程上实用的湍流［Ｅ－ε］闭合方案,建立了一个高分辨率的ＰＢＬ模式来模拟不同层结下,水雾在流场中的散布,以及对环境湿度的影响．模式中考虑了水雾在流场中的扩散、蒸发,及相变潜热对流场的反馈机制．以某水电站在泄洪过程中水雾扩散为例,模拟了中性、不稳定层结下,对坝内附近环境湿度的影响,结果表明;在中性层结下,在源下风方向１ｋｍ左右的范围内,相对温度改变１％～１．８％．在不稳定层结下,相对湿度在近整个模拟域的范围内有１％～２．６％的改变,改变的范围和程度都比中性层结下大．文中结合该地区复杂的气流场,对结果进行了分析．对水雾扩散过程中潜热反馈对温度场和流场的影响进行了数值试验     

电离层F层动力学数值模拟

中、低纬电离层Ｆ层动力学的数值模拟通过研究等离子体的连续性方程和运动方程进行，等离子体的输运过程顺电磁漂移的运动坐标系中运算。计及双极扩散、温度、中性风、电磁漂等影响。     

冰箱内非稳态自然对流的二维数值模拟

对冰箱内非稳态自然对流换热进行了二维数值模拟，３个互不连通而有一定程度耦合的空腔（冷冻室、冷藏室及果菜盒）构成了所的自然对流空间，根据实测结果，给定了２个蒸发吕的温度及冰箱外壁面温度随时间变化的规律，给出了在周期性非稳态工况下速度场与温度场 的数值计算结果，考察了几个参考点上的温度随时间的变化，得出了２个蒸发器表面局部努谢尔特数和平均努谢尔数随时间作周期性变化的规律。     

J2x油藏数值模拟跟踪技术应用

论述了油藏数值模拟跟踪技术及其在Ｊ２ｘ油藏中的应用。     

薄板压铸件充型过程流场的数值模拟

压铸充型的流场数值模拟作为压铸模ＣＡＤ的一项重要内容，成为压铸行业科研的前沿课题。本课题以ＳＯＬＡ—ＶＯＦ方法求解不可压缩的粘性流体，开发了压铸二维流场的数值模拟程序。可以用它来模拟复杂薄板压铸件的充型过程。在边界条件处理时提出考虑边界能量损失的修正方法和自由表面压力边界条件简化处理方法。该程序可用来预测由于流动方式不合理产生的冷隔、裂纹、气孔等压铸件主要缺陷。适用于形状复杂的板状压铸件及某些三维薄壁压铸件。实际分析验证表明，运算结果与实测结果一致。     

超晶格中单极电场畴形成和输运过程的数值模拟

对于弱耦合掺杂GaAs/AlAs超晶格,采用分立漂移模型。数值模拟和分析直流偏压下超晶格中单极电场畸形的动态行为和物理机制,并分析了弱耦合掺杂超晶格的电流自激振荡现象。     

油藏数值仿真系统若干功能的改进

油藏数值模拟是剩余油宏观分布等研究的重要方法之一,油藏数值仿真系统是在已有数值模拟软件基础上研制的软件系统。该系统是针对常规油藏数值模拟而设计的一套仿真系统,在油田开发过程中,油藏参数不断发生变化,对其功能进行了改进,以满足数值模拟过程中实现储层参数动态变化、发散原因跟踪及图象显示灵活的需要。改进后的油藏数值模拟仿真系统在孤岛中一区与西区精细油藏描述中进行了应用,取得了很好的效果     

锥形旋转射流井底流场的数值模拟

针对旋转水射流代替机械钻头破岩钻径向水平井的实际要求,运用数值模拟方法研究了旋转射流在井底的流动规律。结果表明,旋转射流的流动不同于普通圆射流,它的每一个质点都具有三维速度,射流能量不是集中在射流中心部位,而是集中在一定半径的圆环上,同时具有明显的扩散性,并在中心形成回流区。随着旋流强度的增大,射流扩散能力增强。数值模拟得到的流动规律与实验结果完全一致。     

钢板坯连铸初拉阶段凝固过程数值模拟

建立了钢板坯连铸初拉阶段的三维非稳态传热凝固模型，且实现了该过程的模拟，建立了铸坯凝固层厚度与其表面热流率间的关系，用以表达不同位置上铸坯与结晶器间的换热边界条件，用直接差分法获得了不同高度断面上宽面和窄面的凝固壳厚度及其与拉坯速度随时间变化的关系。模拟结果与实际生产结果基本吻合。     

离心式叶轮内三维紊流场的数值模拟

对设计工况下离心压缩叶轮内三维紊流场进行了数值模拟，数值计算使用加罚有限元方法求解三维、定常、不可压缩，时均Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程和Ｋ－ε紊流模型方程。数值计算结果揭示了离心压缩机叶轮出口的射流－尾迹特性和二次流分布规律。本文的研究表明：加罚有限元方法具有预元复杂流场的能力，并且可以大大减小有限元方法的计算工作量。