基于FLAC3D数值模拟确定合理封孔深度
基于FLAC3D的分段空场嗣后充填法采场结构参数优化

基于FLAC3D的分段空场嗣后充填法采场结构参数优化发布时间:2022-05-12T05:37:26.971Z 来源:《科学与技术》2022年第3期作者:罗代祺[导读] 为实现矿山安全高效生产,确定合理采场结构参数成为矿山生产首要任务罗代祺云南铜业股份有限公司,云南昆明650000摘要:为实现矿山安全高效生产,确定合理采场结构参数成为矿山生产首要任务。
将经验法与数值模拟法相结合,基于Mathews稳定图法初步稳定性分析以及FLAC3D数值模拟6种方案,选取顶板位移、最大主应力作为评价因子,确定最优采场结构参数。
研究结果表明,落凼矿区最佳分段空场嗣后充填法采场结构参数为采矿跨度15m,采场长度32m,间柱宽度5m;暴露面积越小,顶板位移和最大主应力越小;暴露面积相等情况下,采场跨度越小,顶板位移和最大主应力越小。
关键字:分段空场嗣后充填法;采场;结构参数;数值模拟0引言在矿山生产中,采场结构参数与采场稳定性息息相关,直接影响采矿工作人员生命安全,也关乎矿山生产能力和企业效益。
数值模拟法确定最优采购结构参数具备多方案、可重复、可视化等优点,徐帅[1]基于FLAC3D进行数值计算,建立SOM模型对深埋厚大矿体采场结构参数进行优化研究。
郝益民[2]运用FLAC3D对4种方案进行数值模拟研究,确定了有利于阶段空场嗣后充填采场的结构参数。
陈晖[3]采用FLAC3D开展“三软”条件下金矿采场结构参数优化。
江飞飞[4]基于三维离散元程序3DEC对不同的一、二步骤采场宽度组合方案进行了模拟,确定了合理的采场结构参数。
龙科明[5]运用ANSYS对不同采场结构参数进行了数值模拟分析,确定了采场最优宽高组合。
因此,结合经验类比法,依靠数值模拟来确定采场结构参数,能够为拉拉铜矿采矿稳定性分析提供可靠依据。
1工程概况拉拉铜矿落凼矿区深部矿段矿体按倾角分为三类,<15°的水平至缓倾斜矿体、15°~35°的缓倾斜至倾斜矿体以及>35°的倾斜至急倾斜矿体。
基于FLAC(3D)的深部巷道围岩稳定性数值模拟研究

基于FLAC(3D)的深部巷道围岩稳定性数值模拟研究贾晓亮【摘要】针对由于巷道剧烈底鼓、巷道断面变形造成巷道运输及维护困难等问题,采用数值模拟计算软件FLAC~(3D),数值计算得到宏发煤矿+1 650 m集中运输大巷巷道开挖后围岩垂直应力、水平应力分布及塑性区分布,分析并得到了巷道底鼓机理:距离巷道底板临空面更近的倾斜C_(17)煤层的软弱顶板岩层随掘进扰动而首先破坏,造成左侧局部底鼓,继而巷道底板围岩应力因底鼓而持续动态重新分布,并逐渐向右侧及深部发展,致使底鼓逐渐恶化并表现出左右非对称特征。
综合考虑施工、经济、效果、瓦斯等因素,提出采用"构筑反底拱+底板注浆+底板锚杆"联合支护的底鼓控制措施。
【期刊名称】《能源与环保》【年(卷),期】2017(039)006【总页数】5页(P18-22)【关键词】FLAC3D 底鼓数值模拟围岩巷道支护【作者】贾晓亮【作者单位】中煤炭科工集团重庆研究院有限公司,重庆400037【正文语种】中文【中图分类】TD862.1深部巷道围岩变形主要表现为围岩变形量大、变形速度快、巷道持续变形、流变、深部岩石扩容等特征[1-3]。
针对该情况,国内学者进行相关研究,张合超、房健、苏军等[4-6]采用FLAC3D模拟了不同支护参数条件下巷道支护效果,研究了地下开采对围岩的影响范围。
徐文彬、许梦国、余伟健等[7-9]分析了交叉型巷道群围岩由于不同的开挖顺序而产生不同的应力状态、位移变形以及塑性屈服变化特征,对比了不同布置形式的底部结构在开挖影响下的稳定性。
宁建国、刘泉声、何富连等[10-12]采用FLAC3D数值模拟软件分析空间交叉巷道的应力分布特点以及沿下方巷道轴向方向形成的应力增高和降低区。
牛学超、闫长斌、肖明等[13-15]提出了大型地下洞室施工开挖过程动态模拟的三维有限元数值分析方法,并通过工程实例分析爆破震动作用下地下硐室群的稳定性。
宏发煤矿地处云贵高原,地质构造极为复杂,巷道所处的煤层直接顶为粉砂质泥岩,顶板节理发育,表现出深部巷道围岩变形的特征,且其巷道原支护结构方式和参数不合理等原因使得巷道发生严重变形和破坏,其中深部高应力和围岩较低承载能力是该矿巷道变形破坏的主要原因。
基于FLAC3D的高速公路隧道两种开挖方式稳定性分析

基于FLAC3D的高速公路隧道两种开挖方式稳定性分析采用数值计算对高速公路隧道施工过程进行分析,得到了施工过程中围岩的变形和支护结构的受力状态。
结果表明,随着开挖的推进,中隔墙上部以及洞侧壁处围压变形和应力较为集中,易产生相关地质灾害。
所以,在相关工程施工过程中应该对以上部位进行高质量的支护防灾。
对于底部在中墙位置隆起较为严重,所以应该加强此处的加固措施,条件允许是可开挖较深施做浅基础。
标签:隧道;围岩;数值计算1 概述近年来,随着经济建设及基础设施的快速发展,我国对于高速公路的需求越为强烈。
为更好的选线施工,减少施工期间地质灾害的威胁,方便施工以及满足交通需求,必须开山造路或者凿洞通路,这也就面临隧道开挖相关复杂地质问题。
目前,山岭隧道越来越多,比如川兰铁路的山岭隧道占到了线路总长的一半,而山岭隧道所遇到的围岩复杂多变,构造运动影响强烈,隧道断面的跨度也越来越大,所以不同的断面形式在一定方面适应复杂地区隧道的开挖。
随着开挖期间的多期次开挖扰动使得岩体强度明显减弱,岩体破碎严重,其自身稳定性明显降低,同时也造成后期施工难度加大,软弱夹层地带更为明显,易产生类型及机制较为复杂的地质灾害。
本文在基于FLAC数值软件的计算下,主要对Ⅵ级围岩下的大跨度隧道在不同的开挖方式下其对应围岩稳定性进行对比分析研究。
2 计算方案2.1 计算模型某隧道长约270m,围岩为Ⅴ、Ⅵ级,开挖跨径最大为37.0m,埋深最大为75m。
研究区地貌主要为侵蚀山地和剥蚀山地,地层岩性主要为人工填土、碎石、粉砂泥质岩和泥岩组成,隧道入口所出露岩性为残破积亚粘土夹碎石。
整个隧道橫穿山岭地带,且隧道入口比较陡峭,坡度角约为50°,隧道出口较入口比较缓,坡角约30°。
以隧道入口所出露岩性为研究对象,运用FLAC3D软件建立三维地质及结构模型(见图1)。
由于数值模型的建立必然会受到边界效应的影响,所以在所建模型之时,将模型埋深取为48.5m,隧道左右内壁距模型边缘均为50m,沿隧道垂直走向方向长度为120m,隧道内壁顶部距底部边界为40m,沿隧道走向方向长度为10m。
基于flac3D深基坑开挖模拟与支护设计

本科生毕业论文(设计)题目:基于flac3D深基坑开挖模拟与支护设计指导教师: 职称:评阅人: 职称:摘要随着城市化过程中不断涌现的高层建筑和超高层建筑以及城市地下空间的开发,深基坑工程越来越多,深基坑工程项目的规模和复杂性日益增大,给深基坑工程的设计和施工带来了更大的挑战。
在这样的背景下,深基坑支护结构设计和变形量预测已成为岩土工程领域的重要研究课题之一。
本文以武汉市万达广场深基坑工程作为研究对象,利用勘查资料和深基坑支护结构设计要求,比选合理的基坑支护方案并进行相应的计算设计。
同时,本文针对深基坑工程变形量验算等难以解决的问题引用了flac3D数值模拟方法,对基坑开挖、支护结构施工进行全方位的模拟监测,将计算设计结果和模拟计算结果进行对比验算,得出比较合理的支护结构设计方案和变形量控制方案。
根据基坑实际情况和勘查资料,本文选择的围护方案为以大直径混凝土排桩、双排桩、角撑与对顶撑相结合的内支撑为主的多种联合支护方案,结合坡顶大面积卸土减载、坑内被动区加固的措施。
计算部分主要设计计算大直径混凝土排桩(钻孔灌注桩)桩长、内力和配筋,而对卸土减载、内支撑结构、坑内被动区加固和降水设计只进行了简要的说明;flac3D模拟部分主要从建立模型、设置大直径混凝土排桩、放坡开挖、放坡坡面土钉施工、预应力锚索(代替内支撑)施工和基坑主体开挖为顺序进行建模计算,最后进行变形量监测、分析,输出桩单元、锚单元的内力分布情况并给出相应的结论与建议。
本文以常规计算和数值模拟相结合的方式进行参考对比,常规计算和数值模拟分析结果非常接近,给出了有效合理的安全系数。
关键词:深基坑支护设计flac3D模拟数值模拟AbstractWith the urbanization process ,high-rise buildings and supertall buildings are continuously emerging .As a result ,underground space development project and deep excavation project become more and more. At the same time, the scale and complexity of deep excavation increasing bigger. they make the design and construction of deep excavation to face greater challenges. So structural design and deformation prediction of deep excavation has become an important research issue in the field of geotechnical engineering. In this paper, the deep excavation of Wanda Plaza, Wuhan is studied. And using survey data and structural design of deep excavation requirements to select reasonable foundation pit ,then to conduct the corresponding design. The meantime, as checking the deformation of deep excavation is a difficult problems ,it uses flac3D numerical simulation method to monitor the progress of deep pit’s excavation, construction .Then comparing the design results of the calculation and simulation results to obtained reasonable support structure design and control program of deformation.According to the actual situation and exploration data, the envelope of large diameter piles concrete piles, angle brace and top brace on the combination of a variety of internal support-based programs are selected, combined with slope Top large dump load shedding and the reinforcement measures of pit passive zone.1) The calculation part of the paper mainly introduce the design and calculation of large diameter concrete piles or bored pile, and the rest just briefly introduce the dumping load shedding, internal support structure, the pit design of passive zone strengthening and precipitation.2) With flac3D, successively study the model building, setting large diameter concrete piles, sloping excavation, soil nailing construction, pre-stressed cable (instead of internal support) construction and excavation for the foundation pit .Finally, conduct the deformation monitoring , output pile element, the internal force distribution analysis in anchorage unit .And then, provide the corresponding conclusions and recommendations.In this paper, conventional calculations and numerical simulation methods are used. And their results were very close. So it can give an effective and reasonable safety factor through the combination of these methods.Key words: deep excavation design flac3D numerical simulation目录第一章绪论 (1)第一节选题思路 (1)第二节设计流程 (1)第二章工程概况及场地工程地质条件 (3)第一节工程概况 (3)第二节场地工程地质条件 (4)第三章A-OPQRSA段基坑支护结构设计 (10)第一节设计依据 (10)第二节设计参数 (10)第三节A-OPQRSA段基坑支护方案选择 (11)第四节A-OPQRSA段基坑减载放坡设计 (13)第五节A-OPQRSA段基坑支护桩设计 (13)第六节A-OPQRSA段基坑地下水控制方案设计 (24)第四章基于flac3D基坑开挖模拟分析 (27)第一节关于flac3D的概述 (27)第二节基坑维护方案 (27)第三节计算模型及参数 (28)第四节初始应力计算 (29)第五节支护桩施工 (31)第六节模拟分层开挖和设定锚杆 (32)第七节设置采样记录变量 (34)第八节计算结果分析 (35)第五章结论与问题 (44)第一节结论 (44)第二节设计过程中存在问题 (45)致谢 (47)参考文献 (48)附录 (49)第一章绪论第一节选题思路深基坑工程设计是当今岩土工程界关注的热点话题,深基坑工程的难题在于对变形量的预测,基坑允许的变形、垂直位移的计算是比建筑物自身允许的沉降和沉降计算更为复杂的课题,但又是基坑工程尤其是在软土地区和工程地质、水文地质复杂地区无法回避的问题。
基于FLAC3D的深基坑支护三维数值模拟分析

Vo I . 2 9 No . 1,F e b .2 0 1 7
d o i :1 0 . 3 9 6 9 / j . i s s n . 1 6 7 1 — 8 7 9 8 . 2 0 1 7 . 0 1 . 0 0 7
基于 F L A C 3 D 的 深 基 坑 支 护 三 维 数 值 模 拟 分 析
f o u n d a t i o n p i t s u p po r t i n g b a s e d o n FLAC3 D
C H EN G Ze ha i 。Y U Zhe ns hu a i ( S c h o o l o f Ci v i l En g i n e e r i n g a n d Ar c h i t e c t u r e ,Z h e j i a n g Un i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d Te c h n o l o g y,Ha n g z h o u 3 1 0 0 2 3,Z h e j i a n g,Ch i n a)
中图分类号 : TU 4 7 6 . 4 文 献 标 志 码 :A 文 章 编 号 :1 6 7 1 — 8 7 9 8 ( 2 0 1 7 ) 0 1 — 0 0 3 7 — 0 6
Thr e e — di me n s i o na l nu me r i c a l s i mu l a t i o n a n a l y s i s o f d e e p
程 泽海 , 于 振 帅
( 浙 江科 技 学 院 土 木 与 建 筑 工 程 学 院 , 杭州 3 1 0 0 2 3 )
摘 要 : 为 研 究 基 坑 不 同 支 护 方 式 对 围 护 结 构 变 形 及 稳 定 性 的影 响 , 利用 F I A C 3 D 三 维 快 速 拉 格 朗 日差 分 方 法 对某地铁深基坑分步开挖与支护进行数值模 拟 , 并 对 两 种 支 护 方 案 进 行 对 比 分 析 。研 究 结 果 表 明 : 地 下 连 续 墙 最 大 水平 位 移 出 现 在 墙 顶 , 且 位 于 地 下 连 续 墙 长 度 方 向 的 中部 ; 在分步开挖 时 , 第 一 步 开 挖 时 地 下 连 续 墙 的 位 移
基于FLAC_3D_的深部巷道围岩变形数值模拟

名称
内聚力 / MPa
内摩 擦角 /( °)
弹性 模量 / GPa
泊松 比
剪切 抗拉 抗压 模量 强度 强度 / GPa / MPa / MPa
细砂岩 3. 5 32. 5 2. 7 0. 17 1. 6 2. 4 57
粗砂岩 2. 2 22 2. 0 0. 17 1. 3 1. 8 48
垂直应力分布在巷道两边 7 m 左右出现拉应力 集中,大小为 31. 58 MPa,在巷道底边及顶板处压应 力为 5 MPa,并 且 随 着 远 离 巷 道,应 力 增 大 为 10 MPa,应力呈现对称分布,在巷 道 两 肩 部 应 力 值 稍 大,为 25 MPa。 3. 2. 3 水平方向位移
Dongrong No. 2 mine by using FLAC3D with theory directive function at a certain degree,it could be observed from analysis result that spray anchor note support could control surrounding rock deformation effectively,improve laneway surrounding rock stress distribution,reduce displacement amount of laneway, enhance strength of surrounding rock and self-bearing ability,support structure long-time stable could solve deep crush roadway surrounding rock deformation controlling problem well.
FLAC3D在深基坑工程开挖中的数值模拟分析

随着基坑开挖深度 的增 加而加大 , 基坑 壁 向坑 内的水平位 移变 化趋势仍 然是 中间部分最 大 , 边角处 最 小, 而且基坑壁的长边 由于开挖 的范 围相对较大 , 其变形量 相对 于短边也增 大 , 这充分体 现 了基坑 开挖
过程 中的时空效应 , 数值模拟计算结果可 以为工程设计提供指导 和参考 。 关键词 : F L A C 3 D ; 深 基坑 ; 位移 ; 数值模拟 中图分类 号 : T U 4 7 0 . 3 文献标 识码 : A 文章编 号 : 1 6 7 2 _l 1 4 4 ( 2 0 1 3 ) 0 4 —0 o 1 7 —0 4
第 1 1 卷第 4期
2 0 1 3年 8月
水 利与 建筑工 程学 报
o u r n a l o f Wa t e r Re s o u r c e s a n d A r c h i t e c t u r a l E n n e e 血l g
Vo 1 . 1 1 No. 4
Ap p l i c a t i o n o f FLAC3 D i n Nu me r i c a l S i mu l a t i o n An a l y s i s f o r De e p Fo u nd a t i o n Pi t Ex av c a t i o n
t r a l b se a me n t ,t he u p l i f t g r o w s t o he t l a r g e s t v l a u e ,a n d n e r a he t f o u n d a t i o n p i t w ll a ,i t i s s ma ll e r .At t h e s a me t i me , t h e Leabharlann A u g., 201 3
FLAC3D对基坑开挖数值模拟分析

第 27 卷 第 4 期 2013 年 8 月
资源环境与工程 Resources Environment & Engineering
Vol. 27,No. 4 Aug.,2013
( 3) 定义边界条件、初始条件,来定义模型的初始
状态。
2 基坑开挖模型的建立及结果分析
2. 1 工程概况 工程区位于辽宁省抚顺市,地上为 24 层住宅楼,
地下 为 2 层 停 车 场。基 坑 开 挖 范 围 为 长 40 m,宽 18 m,深 8 m。区内地形平坦,地貌单元属于浑河冲积 阶地。地下水类型为第四系孔隙潜水。稳定水位埋深 为 9. 3 ~ 11. 5 m。地下水位年变化幅度约为 2. 0 m,该 地下水主要以大气降水为补给来源。
根据现场钻探所揭露地层表明,构成工程区地层为: ① 填土: 由粘性土和少量砖块、碎石 等 组 成,松 散。该层分布不连续。层厚 0. 3 ~ 0. 6 m。对基坑稳 定影响较小。 ② 粉质 粘 土: 黄 褐 色、灰 黑 色,可 塑。摇 振 反 应 无,稍有光泽,干强度中等,韧性中等。该层分布连续。 地层的物理力学参数见表 1。
表 1 物理力学参数表
Table 1 Physical and mechanical parameters
天然重度 / 弹性模量 / 地层
( kN·m - 3 ) GPa
粉质黏土 18. 6
0. 28
粘聚力 / MPa 0. 01
内摩擦角 /
( °) 35
泊松比 0. 27
2. 2 基坑计算模型的建立及结果分析 模型根据具体实际地形建立,坐标系以基坑长边
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基于FLAC3D数值模拟确定合理封孔深度
摘要:文章结合晋煤集团赵庄矿13074巷道的实际地质条件,采用数值模拟方法分析松动圈范围及最大应力区,以此确定该地点合理的封孔深度为7~9.5 m之间。
关键词:数值模拟;松动圈;封孔深度
封孔深度在很大程度上决定瓦斯抽采效果,目前国内合理封孔深度大多依靠分析巷帮煤体内的应力分布情况确定合理的封孔深度。
这种方法确定合理封孔深度较为接近实际情况,为广大工程技术人员所认可。
《煤矿瓦斯抽采设计规范》对封孔深度的规定如下:孔口段围岩条件好、构造简单、孔口负压较低时,封孔长度不应低于3 m;孔口段围岩裂隙较发育、或孔口负压较高时,封孔长度不应低于5 m;在煤壁开孔的钻孔,封孔长度不应低于7 m。
合理封孔深度是指既保证封孔不漏气又可以做到封孔深度最短。
确定瓦斯抽采钻孔合理封孔深度的关键是确定巷道在开挖、钻进扰动下松动圈的范围及应力集中区的峰值点(如图所示);在松动圈内,煤体被压酥,较松软破碎,裂隙充分发育,漏气通道增多;又由于煤体内应力的不断释放,煤体透气性和渗透率进一步增大,易造成钻孔漏气。
而在塑性区范围内煤体应力增加,煤体被压实,极不易漏气,需确定塑性区的应力峰值点。
所以合理封封孔深度就是要超过松动圈且在不超过峰值应力点的范围内。
1 煤岩体物理力学性能参数
13074巷沿3#煤层顶底板掘进,巷道所处煤层平均厚度为4.7 m,为近水平赋存,巷道断面尺寸为5.6×4.7 m,掘进断面积为27.3 m2。
3#煤层顶底板岩层分布见表1。
2 数值模拟模型建立
三维模型尺寸长×宽×高=1 m×65.6 m×14.2 m,边界条件取为:水平边界采用铰支,底部采用固支,上部为上覆岩层荷载如图1所示。
13074巷道对应煤层埋深取最大值670.5 m,自重应力为初始垂直应力,岩石容重可以取为25 kN/m3,得出垂直应力为16.75 MPa,垂直应力施加在模型的上部边界,现在选取侧压系数为1,计算可得水平应力为16.75 MPa,即双向等值。
3 数值模拟结果分析
本文通过模拟赵庄煤矿13074巷道开挖,得出巷道两帮围岩塑性区分布。
后期使用Tecplot软件得出围岩水平应力分布、围岩垂直应力分布图,从而得出巷道两帮应力分布曲线
由上图数据可以得出以下几点:
①巷道两帮和顶、底板塑性区域分布规律,巷道掘进以后巷帮塑性区域为0~6.75 m。
②巷道在开挖以后破坏了原有的应力状态,围岩应力进行了重新分布。
水平应力和垂直应力在巷道两帮、顶板和底板都出现了应力降低区域。
③从巷帮水平应力和垂直应力拟合以后的应力分布曲线可以精确得出0~7 m为应力降低区,7~22.45 m为应力升高区,在9.48 m处达到应力峰值。
4 结语
由数值模拟和巷道开挖后的应力重新分布理论可以得出合理的封孔深度应在7~9.5 m之间。
参考文献:
[1] 贾良伦.瓦斯抽放钻孔封孔长度的确定与实践[J].煤炭工程师,1998,(1).
[2] 孙培源.顺煤层钻孔抽放瓦斯数值模拟与应用[J].西安矿业学院学报,1989,(1).。