露天矿边坡损伤与可靠性变化规律的数值分析

以鞍钢眼前山露天铁矿南帮节理岩体边坡为工程背景,综合应用FLAC-3D、损伤力学、断裂力学和可靠性分析等多项理论和方法,系统研究了露天矿边坡的节理岩体伴随采矿开挖的概率损伤分析程序,定量揭示了边坡岩体概率损伤分布及演化规律。综合考虑节理、岩石和岩体初始损伤状态的抗剪强度,结合露天矿开挖的FLAC-3D模拟与损伤断裂力学分析,根据Monte-Carlo原理和极限平衡理论建立了露天矿节理岩体边坡的三维稳定性和可靠性动态评价模型,探讨了眼前山铁矿南帮 21 m铁路运输平台的节理岩体边坡在矿山不同开采深度的稳定性和可靠性的动态变化规律。     

裂隙岩体硐室抗爆稳定性影响参数

为研究裂隙岩体硐室抗爆稳定性的影响因素,采用Froude相似理论开展不同隙跨比硐室的抗爆模型试验,分析不同工况下围岩压力、洞壁位移及应变的变化规律,通过数值模拟对试验结果进行验证,进一步探究节理范围、倾角以及爆点位置对硐室抗爆稳定性的影响.研究结果表明:隙跨比对硐室抗爆稳定性的影响较大,其中,隙跨比大的硐室未出现明显损伤,整体稳定性较好,隙跨比小的硐室的破坏现象较为严重;数值模拟与模型试验的结果较为一致,证明研究方法的合理性和可行性;侧邦及底板处节理范围的改变对硐室抗爆稳定性的影响较小,拱部节理倾角的增加可提高硐室的抗爆稳定性;在结构面倾向边爆炸时,模型硐室的破坏最为严重.所得结果可为地下工程选址以及支护提供一定的参考.     

软弱煤层巷道围岩位移监测与数值模拟分析

软弱煤层巷道的稳定性对煤矿正常安全生产起着重要作用。本文通过对软弱煤层巷道进行位移实测及数据分析，得到了西部某矿软弱煤层巷道围岩变形达破坏所需的时间和可能的变形松动区域。其中，顶、底板和两帮位移范围相互各异；采用有限元法的模拟结果与实测结论基本吻合，为软弱煤层巷道锚喷支护设计提供一定参考。     

节理对岩体隧道变形影响的数值分析

节理、断层等结构面造成岩体变形的不连续性,并且对岩体变形、应力等造成重要影响.基于节理岩体隧道概念模型,应用离散元程序计算分析完整岩体、1条和2条节理对岩体隧道位移和应力的影响.结果表明:随着模型隧道节理的增加,节理接触处发生应力集中现象,导致隧道内顶部位移越来越大,增幅约为25.2％,隧道底部位移场曲线由"凹"字形转...     

雷管壳局部拉伸塑性失稳数值分析

火工品作为一种高度危险的爆炸物品,在其生产过程中经常会遇到一些材料失稳现象,这就给这类产品的质量带来了严重的不良影响,致使可能引发一系列严重事故的发生。因此,我们要对其在生产过程中的力学性能进行深入分析,找到解决问题的关键,进而提高、控制产品质量。     

基于数值方法的大型地下硐室松动圈推算

地下硐室的开挖将导致岩体应力应变状态的改变及塑性区的产生,开挖导致的围岩松动圈将是贯穿开挖支护及安全运行整个过程的重要问题。松动圈厚度又是决定地下硐室支护设计的因素之一,因此在松动圈与其决定因素间建立函数关系用于计算推导围岩松动圈厚度具有重要意义,不仅可以为支护设计提供参考数据,还能够对工程现场实测得到的松动圈厚度做检验对比。本文基于三维数值模拟,结合数学方法在大量参数组合基础上回归推导出松动圈厚度与地应力,岩体强度,模量间的关系,并用实际工程数据进行验证。     

节理岩体爆破数值模拟研究

为了研究节理对岩体中应力波与爆炸能量传播的影响规律,利用动力有限元分析程序LS-DYNA分别对不同数量、宽度与充填强度的节理岩体爆破进行了数值模拟。模拟研究发现,不同赋存状态的节理均会影响爆炸应力波的传播,随着节理数量与宽度增多,波的反射增强,透射波强度减弱,应力波衰减程度加快,而充填强度越小,对应力波的阻隔作用越明显;爆炸能量在节理数量少、宽度小及充填强度大的岩体中衰减较慢,能量利用率高,爆破效果更好。     

节理岩体数值模拟及力学参数确定

采用FLAC3D程序和离散裂隙网络技术构建的遍布节理岩体模型能同时考虑节理岩体中节理和岩体的作用,具有概念清晰、建模快捷、计算效率高等特点. 首先对现场结构面测绘数据进行统计分析,获得其概率分布特征参数,在此基础上分两尺度考虑节理并确定其离散裂隙网络模型;其次基于离散裂隙网络模型构建相应的节理岩体模型,研究其强度特征并获取工程岩体单轴抗压强度;结合Hoek-Brown、Mohr-Coulomb准则及最大围压拟合综合确定节理岩体力学参数;最后将拟合所得参数用于边坡稳定性分析,分别运用强度折减法和极限平衡法计算两种模型的安全系数,对比发现计算结果基本一致,表明所提出的研究思路用于确定节理岩体参数是可行的.     

地下硐室围岩结构稳定性特点研究

采用数值模拟方法建立地下硐室模型，研究围岩结构稳定性特点，通过先进物探手段（探地雷达）实测结果的验证，得出地下硐室围岩塑性区的形成具有严格的时间性和一致的规律性，且围岩破碎区发育具有结构特点。     

单节理岩体抗压强度的数值模拟

为研究单节理岩体抗压强度随节理面倾角及围压变化时的变化规律,利用数值模拟软件UDEC对围压一定时不同节理面倾角的岩体进行了抗压强度实验.结果表明:围压一定,随节理面倾角的增大,岩体抗压强度先减小后增大,在倾角介于45°~60°时抗压强度达到最低值,呈典型的"U"形趋势;节理面倾角一定,随着围压的增大岩体抗压强度也随之增大,整体呈线性变化趋势,可拟合为一次函数,与理论导出式一致;随节理面倾角增大岩体抗压强度增大幅度呈先减小后增大趋势,近似于围压一定时岩体抗压强度随节理面倾角变化规律.     

陷落柱影响采场围岩破坏的数值模拟分析

针对岱庄煤矿4325工作面在掘进过程中揭露一岩溶陷落柱的情况,结合以往研究成果和工作面实际情况,利用FLAC3D数值模拟软件建立三维模型,对工作面距岩溶陷落柱不同距离的垂直应力和水平应力进行模拟,分析得到：该工作面垂直应力、水平应力均小于地应力的正常值;由于岩溶陷落柱的存在,使应力应变分布极不均匀,陷落柱附近顸板应力在垂直方向的作用范围在40～50m．远离陷落柱其影响逐渐减小,但对底板岩层的最大破坏深度为25m。     

水工隧洞深部围岩弹塑性数值分析

隧洞是建筑物引水系统的重要组成部分,地下隧洞开挖后深部围岩应力场的状态变化对预测围岩失稳和开裂具有十分重要的意义。本文讨论了围岩应力分析中的本构模型和围岩应力分析中M－C准则的应用,用RFPA软件对隧洞开挖过程中围岩的应力场分布进行了相关的数值模拟,很好地验证了理论上的一些结论。     

地下厂房围岩渗控效应精细模拟与评价

我国西南地区河谷深切,坝址区地貌及地质条件复杂,地下厂房的位置往往离库区较近,水库蓄水后,地下厂房围岩渗流特性将成为影响工程安全和正常运行的重要因素之一.为减小厂区渗漏并改善厂房围岩的渗透稳定性,工程设计采取防渗帷幕、排水孔幕和排水廊道等渗流控制措施.采用子结构、变分不等式和自适应罚函数相结合的方法(简称SVA方法),开展了牙根二级水电站厂区整体三维渗流场分析,评价了厂区围岩渗流控制方案的合理性,并论证其优化的可能性.研究结果表明:厂区防渗排水系统的渗流控制效果显著,防渗排水系统设计方案总体上是合理、有效的;厂区上部排水系统对于以库水渗漏为主的渗流控制不起作用,高高程排水孔幕的间距可适当放宽;厂区副排水孔幕对减少厂区各洞室渗漏量、降低厂区围岩孔隙水压力并改善围岩的稳定性具有显著作用.     

地下厂房围岩的变形和应力分析

采用有限元法对地下厂房开挖时围岩的变形和应力情况进行了分析.可为有关地下厂房的设计和施工提供参考.     

地下钢筋混凝土岔管围岩稳定及结构数值分析

以国内某抽水蓄能电站的钢筋混凝土岔管工程为例,从围岩开挖支护、围岩与衬砌相互作用和钢筋混凝土结构等方提出了围岩、混凝土等材料的数值模拟方法,通过三维有限元线性和非线性计算,分析研究了地下钢筋混凝土岔管在施工、运行等工况下,围岩、衬砌结构的应力与变形,以及混凝土岔管结构配筋和配筋后应力、裂缝开展等问题.结果表明：在开挖阶段由于地应力释放在主、岔洞交叉处会产生拉应力,塑性区开展较深;正常运行工况在内水压力作用下岔管结构大部分区域存在拉应力,裂缝较大;检修工况在外水压力作用下仅在主、岔管交叉处存在拉应力区,裂缝较小;结构配筋时,轴向配筋应该由外水作用的工况来控制,环向配筋由内水作用为主的工况来控制.     

寒区隧道围岩水热力耦合数值分析

利用“三区域”理论,建立考虑水分迁移和水冰相变的寒区隧道水热耦合问题的联合求解微分方程,然后采用 COMSOL Multi-physics 软件实现温度场和水分场耦合数值模拟,进而将数值模拟结果与土柱冻结试验的结果进行对比,验证水热耦合数值模拟模型的有效性.根据冻胀理论,着重对寒区隧道的应力场控制方程进行推导,利用孔隙冰与冻胀率之间的关系建立寒区隧道水热力三场耦合计算模型.最后以牡丹江到绥芬河区间的牡绥隧道为例,对温度场、水分场以及应力场进行了模拟分析.结果表明:外界温度的变化对开挖后的隧道会有很大影响.随着时间的增加,隧道洞口冻结圈厚度逐渐增加,在1月份达到最大冻深2m左右.     

土钉支护加固机理的数值分析

采用摩擦-接触型界面单元模拟钉土界面真实的变形协调情况,建立了基坑开挖土钉支护的数值分析模型,并通过和工程实测对比验证了模型的可靠性.借助动态仿真分析支护系统内力、钉土界面剪应力以及土体应力状态和应力路径随开挖、支护的不断推进而发展变化的全过程,定量揭示了支护系统的加固机理:单根土钉发挥应力分担、扩散以及传递的锚固作用,分别改善土钉头部、中部和尾部土体的应力状态,并提高土体抗剪强度;群钉系统发挥整体加固作用,增加土体刚度;土体强度、刚度增加且应力减小,双重抑制了边坡位移和塑性区的发展.     

大空间浮射流流动规律的数值分析及实验验证

利用PHOENICS程序对大空间中的四环动量射流和圆环浮射流（通称四环射流或环形射流）的速度和温度分布规律进行了详细的数值分析，并用实验进行了验证，数值计算结果和实验结果基本上相同．     

寒区隧道围岩水热耦合数值分析

寒区隧道土体中的水分迁移和相变是冻害问题的主要诱因.基于混合物理论,建立考虑水分迁移和水冰相变的联合求解微分方程对水热耦合问题进行求解,并使用 COMSOL Multi-physics 软件进行模块开发,实现渗流-温度耦合数值模拟,进而将模拟结果与土柱冻结实验的结果进行对比,证明水热耦合模型是正确的.最后以西藏自治区米林隧道为例,对温度场、水分场模拟分析并对是否考虑水分迁移的温度场进行对比.结果表明:随着时间的增加,隧道顶部边界气温由-0.82℃降低到-9℃,隧道内部边界温度由-0.74℃ 降低到-11.11℃,并在3月份隧道温度回升;含冰量峰值出现在1月份,在3月份含冰量开始下降.同时,未考虑水分迁移的温度场中热传导速度较快,证明相变潜热对隧道中温度场的分布影响远大于液态水靠重力迁移造成的热对流传热.研究成果直观反映富水寒区隧道的冻害发生过程,具有一定的参考价值.     

工程岩体抗剪强度参数的数值分析及应用

借助于地质调查和简便易行的力学实验确定复杂岩体的力学参数是岩石力学积极探索与研究的方向之一 ,根据典型的岩体结构概化模型 ,模拟现场岩体力学实验可以达到简便易行和完成大批量试验的目的 .本文使用数值分析方法 ,模拟了节理—岩桥组合剪切实验过程 ,计算了岩体抗剪切破坏强度参数并应用于工程实践