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。     

基于GOCAD地质模型建筑高边坡FLAC3D数值模拟

对于高陡边坡的稳定性分析,采用三维数值模拟法能够比较直观的掌握岩体从变形到破坏的发展过程,可以弥补传统方法的不足,对正确评价边坡的稳定性具有重要的地位和研究意义。采用GOCAD软件建立复杂三维地质模型,并通过编写GOCAD模型转换为FLAC3D模型的接口程序,建立FLAC3D模型。FLAC3D模拟计算结果表明,边坡开挖后无支护状态下,其最大位移为90.78 mm,稳定系数为0.981,边坡不满足变形和安全要求,需要进行治理。通过FLAC3D对开挖后的坡体进行动态模拟分析,可为同类边坡的开挖提供一定的技术参考。     

大采高工作面区段煤柱合理尺寸的数值模拟

为了解决长平煤矿大采高工作面区段煤柱留设的合理尺寸问题,以长平煤矿4 305工作面为例,采用有限差分程序对不同工况下煤柱应力场分布规律进行了仿真研究。得出了煤柱应力分布呈"马鞍型"和弹性核演化过程中煤柱尺寸的相应范围,与理论计算结果相比较,确定长平矿大采高工作面的煤柱尺寸为30~40 m,为矿井下一步煤层开采区段煤柱合理留设提供了依据。     

FLAC3D在边坡中的应用分析

FLAC3D是以拉格朗日差分法为基础的一种数值模拟软件,近几年该软件已经广泛应用于工程领域,结合不同坡度的边坡,用FLAC3D进行了稳定性分析计算。结果表明,采用FLAC3D对边坡稳定计算是可行的,而FLAC程序与其他计算方法相比,具有编程简单,便于工程技术人员掌握及现场应用,可解决大变形问题。     

综采工作面生产过程的动态模拟

本文在对综采工作面进行大量观测的基础上建立了动态模拟模型；通过对生产过程的模拟和故障分析，寻找系统薄弱环节，预测某些薄弱环节改造后综采面可能达到的产量。     

赵庄二号井3~#煤层陷落柱防水煤柱数值模拟研究

运用FLAC-3D软件对赵庄二号井的DX17陷落柱的防水煤柱进行了数值模拟研究。通过留设不同宽度的保护煤柱,分析煤系煤层周围及陷落柱附近塑性区及最小主应力变化情况,得出了陷落柱防水煤柱的合理留设宽度,3~#煤层临近陷落柱开采时,留设70 m的防水煤柱是可靠的。     

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。     

基于FLAC3D数值模拟一次采动巷道地压显现及围岩破坏

以申南凹矿1021—20采场为模型,运用FLAC3D有限差分数值计算方法进行了数值计算,模拟分析了一次采动影响下30 m矿柱和20 m矿柱回采巷道围岩的应力分布、位移变化和塑性区分布,并对采动超前影响范围进行了模拟。通过现场监测、数值分析认为申南凹矿回采巷道的地压显现与围岩破坏与采场相似。     

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．     

基于FLAC的圆形隧道数值模拟

介绍了有限差分数值计算软件FLAC（fast lagrangian analysis of continua）,采用FLAC对地下圆形市政隧道进行二维数值模拟,分别进行了隧道自重应力场的模拟计算、隧道开挖模拟计算和隧洞支护后模拟计算.得出了隧道位移、变形、各种应力云图等重要工程信息,其结论可为工程施工提供依据,以便更加安全、经济、合理地完成工程建设.     

中厚煤层采场围岩破坏规律准动态数值模拟研究

以杨村煤矿8601综采面地质及开采条件为背景,采用大型非线性三维计算机数值模拟,对不同推进步距的采场围岩变形与破坏进行了准动态模拟研究。结果表明,随着工作面推进,煤层底板岩层具有采前应力升高、采后应力降低和恢复三个阶段,并每隔22m重复出现;受采动影响的岩层在采空区中间下沉值最大,向两侧逐渐减小;底板临界破坏深度为5m;应力集中系数为1.25。     

工作面切眼支护技术的数值模拟研究

以华润煤业205工作面切眼为研究对象,通过分析3号煤工作面的地质力学基本条件,确定围岩稳定类型属3类中等稳定及切眼的支护方式。经理论计算分析,结合FLAC-3D数值软件模拟,分析了其围岩屈服破坏、顶底板、两帮移近量等情况,得出该矿3号煤层工作面切眼的合理支护技术方案。对工作面切眼支护具有实际指导意义。     

掘进工作面风流流场和瓦斯分布数值模拟分析

为了准确掌握掘进工作面涌出瓦斯的分布状况和瓦斯积聚的规律,利用计算流体力学(CFD)软件Fluent对局部通风掘进工作面的风流流场进行了数值模拟,建立了用于工作面流场模拟的几何模型,确定了通风流场的数学模型,并与试验结果相对比验证了模拟结果的准确性。研究表明:使用RNG k-ε双方程湍流模型对工作面的流场进行模拟,能够得到比较可靠的流场,在此基础上采用瓦斯源对局部通风掘进工作面的瓦斯分布进行了数值模拟,风筒布置于巷道顶部时瓦斯主要积聚于巷道两帮下部,回风瓦斯浓度模拟结果与理论计算值一致。     

FLAC3D模拟采动岩体渗流规律

为从根本上研究煤层开采工程中因顶板冒落、放顶垮落造成的顶板突水通道的变化规律,首次运用FLAC3D数值软件的应力-渗流耦合系统,结合工程实践,系统分析了采动岩体的渗流矢量、渗流速度、孔隙压力及导水边界线动态发展的普遍规律和分布特征,进行了顶板突水危险区域的识别,得出了一些对防治采场顶板突水有益的结论,可为煤矿顶板突水防治提供理论依据.数值模拟结果表明采动岩体渗流通道的发展明显受煤层开采的影响,且当主关键层破断时,采场最易发生顶板突水事故.在此基础上,将采场的渗流动态变化特征与采动岩体的破断、运动规律结合分析,给出了采场顶板破断及破断岩块再组合压实过程中渗流裂隙的扩展、闭合普遍演化过程.如果水源有限且现有设备能及时排除水患,当煤层采完后,采动岩体能重新压实闭合失去导水性能,地下水位能逐步恢复,即保护第四系及地表水的采煤技术可以实现.同时证明FLAC3D的应力-渗流耦合系统能预测并预算采动岩体裂隙产生、发展、闭合及相关危害性的可靠的数值定量分析软件,可作为一个新方法在顶板突水防治和保水采煤技术中应用.图5,表1,参11.     

采煤工作面通风降温效果的数值模拟研究

为了深入研究矿井降温过程中工作面的流场情况及降温效果,运用CFD软件Fluent对U型通风方式下,工作面采掘空间的温度场分布和降温效果进行了模拟研究。结果表明:沿风流进风巷、工作面至回风巷的过程中,矿井风温逐步升高,采用进风巷送冷风距工作面较近降温效果较好;长距离工作面尾部降温效果不明显,在工作面中布置小型空冷器会产生较好的降温效果。     

双螺杆真空泵工作过程数值模拟

对等螺距和变螺距2种螺杆真空泵分别进行了分析,通过能量守恒、质量守恒方程及泄漏模型分别计算了2种真空泵工作过程中的气体压力变化及极限真空度、功耗、抽速等性能参数,由此搭建了真空泵实验系统试验台,展开了双螺杆真空泵压力变化及泄漏的实验研究,分析了2种真空泵性能差别的原因及变螺距螺杆真空泵的优势,并对变螺距真空泵性能进行了实验研究。数值模拟结果表明,变螺距真空泵不论在极限真空压力,还是在指示功率大小方面,均优于等螺距真空泵。实验结果表明,所建物理模型能很好地描述真空泵的实际工作过程,对于所研究的机型,变螺距齿型相对于等螺距齿型,其极限真空压力从3.75Pa降低到2.32Pa,指示功率降低了11%。以上内容在螺杆真空泵设计和改型,以及螺杆真空泵产品开发和性能的预测方面都有指导意义。     

压燃式自由活塞直线发电机工作过程数值仿真

为研究压燃式自由活塞直线发电机的动力学特性,对其启动和稳态工作过程进行了数值仿真计算,并对自由活塞直线发电机的负荷特性和频率特性进行了分析.结果表明,与曲柄连杆式发动机相比,自由活塞发动机在其上止点附近有非常大的加速度,使得在上止点附近压缩行程较慢和膨胀行程较快.随着系统输出功率的提高,自由活塞发动机的缸内峰值压力、压缩比及指示效率不断下降;而直线电机载荷系数、峰值电磁力及循环加入能量不断增加.随着系统的运转频率不断提高,直线电机的载荷系数不断降低,最大峰值电磁力将在中间某一工作频率取得;而活塞平均速度、自由活塞发动机的指示效率和系统输出功率不断增加.     

工作面推进过程中上覆岩层冒落的数值模拟

为了研究在工作面推进过程中上覆岩层冒落情况，基于“支架梁”模型理论、连续介质力学和损伤介质力学原理，采用RFPA^2D分析系统，模拟了岩石从裂纹萌生、扩展直至断裂的全过程，再现了煤层采动中其上覆岩层来压及工作面推进过程中剪应力、岩层下沉的变化规律。结果表明：厚顶对上覆岩层的运动起控制作用，它是该岩层系统中的关键层，另外，随着工作面向前推进，在工作面前方煤壁形成支承压应力升高区，上覆各岩层的下沉量不断增加。