锚杆动载响应和轴向应力分布规律数值分析

利用数值分析软件LS-DYNA3D程序,研究了在集中装药爆炸应力波的作用下,锚杆的动载响应及轴向应力分布规律.数值分析结果表明:通过对比拱顶同一位置的试验和数值模拟压应力时程曲线,说明数值模拟结果可信;通过分析拱顶、拱腰、拱脚和侧墙锚杆中间位置轴向应力时程曲线,发现拱顶既受压又受拉,并且受压较大,在施工时应尽量减少受压影响;根据拱顸、拱腰、拱脚和侧墙锚杆的轴向应力分布规律,得出受拉和受压都是先增加后减小,并且最大拉应力峰值点向锚端偏移,压应力峰值点靠近锚头;拱脚和侧墙锚杆压应力相对于拉应力几乎没有,此处的锚杆可能会由于拱部和边墙位移的不协调导致锚杆剪切破坏.     

基于FLAC3D的主层开采对副层底部结构稳定性的影响研究

以自然崩落法开采的铜矿峪铜矿4^#矿体为研究背景,通过对主副层三维建模,并利用FLAC^3D软件对554 m主层开采扰动下614 m副层底部结构稳定性变化进行数值模拟,以对底部结构的应力分布规律和塑性区进行分析。结果表明,由于叠加压力拱效应,主副层交界处以及副层拉底推进线前方底部结构压应力集中程度会随着主层拉底和落矿增大而增大; 因主层开采,副层底部结构拉底空间下方出矿穿脉和桃形矿柱拉应力一定程度减小,使其不易超过岩体抗拉强度; 必须采取措施使压力拱范围内底部结构强度高于拱角应力强度,以避免推进线前方底部结构发生破坏。     

地震作用下某上游式尾矿坝动力响应分析

尾矿坝特殊的筑坝方式和筑坝材料,使得坝体在地震作用下容易失稳破坏,对下游居民的生命和财产造成威胁。针对尾矿坝动力响应问题,基于有限元分析方法,运用等效线性原理进行尾矿坝动力响应分析。分析计算了在地震荷载作用下某上游式尾矿坝的动位移、响应加速度、动应力以及库区液化的分布情况。计算结果表明：在静力作用下,尾矿坝处于稳定状态。顺河向加速度放大系数最大值出现在3h/4坝高节点处;堆积坝最大主应力和最小主应力均为压应力;坝体顺河向、垂直向最大动位移较小。通过Matlab语言编写后处理程序,生成不同地震时程下的坝体液化区域,结果显示液化区主要集中在浸润线以下的沉积滩浅层区域,未贯穿整个坝体。     

下向进路倾斜分层胶结充填体稳定性研究

下向进路胶结充填采矿法在我国金属矿山绿色开采中得到了广泛的应用。通过FLAC3D数值模拟软件研究了不同分层数目、分层角度、充填体厚度及采空区跨度高度比对充填体顶板稳定性的影响规律。研究结果表明：分层数目、分层角度及采空区跨度高度比均与充填体顶板下沉位移呈正相关关系,特别是当跨度高度比增至1.75时,2分层充填体顶板的最大位移达到了24.56 cm;充填体厚度与其下沉位移呈负相关关系;不同分层数目下,充填体顶板最大主应力均以压应力形式存在,且分层数目越多,压应力越大;随着分层角度及采空区跨度高度比的增大,顶板最大主应力逐渐由压应力转为拉应力,特别是当分层角度为10°时,2分层充填体顶板的最大拉应力达到了140 kPa;随着充填体顶板厚度的减小,顶板压应力集中区域逐渐由“半圆形”转为两头凸起、中间凹陷的“马鞍形”。研究结果可为下向进路充填开采的充填设计和应用提供参考。     

某钨矿细脉带采场结构参数优化研究

以某钨矿细脉带采场为研究对象,对采场结构参数进行了优化研究,基于正交试验方法设计参数方案,采用FLAC~(3D)软件对各方案进行数值模拟,综合分析采场应力、位移和塑性区体积变化规律。结果表明:间柱宽度对采场稳定性的影响较顶柱厚度更加显著;顶柱监测点最大拉应力随着顶柱厚度的增加而减小,当顶柱厚度为8 m,拉应力峰值超过了矿体的抗拉强度;当顶柱厚度不变时,顶底板最大位移随着间柱宽度增加呈线性减小,塑性区体积随着间柱宽度增大而减小;细脉带采场结构的最优参数值为顶柱厚10 m、间柱宽12 m。     

构造应力与节理耦合对采煤沉陷的控制作用

为了得到复杂地质条件下的采煤沉陷特征,提高采煤沉陷预计精度,采用FLAC3D软件模拟开挖挤压构造应力分别为自重应力的0.1,0.5,1.0,1.5,2.0倍和拉张构造应力分别为自重应力的0.005,0.01,0.05,0.1,0.5倍,节理倾角为0°,30°,60°和90°相耦合的55个模型,考察构造应力与节理耦合对采煤沉陷的影响.模拟结果表明:其他地质和采矿条件均相同的条件下,随着挤压应力的增大,地表最大下沉值减少,地表下沉盆地范围增大;拉张构造应力时的采煤沉陷特征与之相反.当构造应力不变时,随着节理倾角增大地表最大下沉值增大,下沉盆地范围减小.因此,节理倾角及拉张构造应力与采煤沉陷正相关,挤压构造应力与之负相关.     

冲击载荷作用下矿柱力学响应特征分析

随着采矿逐渐向深部发展,冲击地压灾害频繁显现,特别以大空间赋存采空区的坚硬顶板整体冒落引发的冲击灾害严重影响着矿山安全高效发展。以东升庙铜矿11号矿体+850 m水平以上采空区围岩冒落诱致冲击灾害为研究背景,应用工程类比法,建立了冲击力学模型,即将冒落体简化为圆柱体冲击垫层,将矿柱简化为梁结构。基于材料力学理论、应力扩散理论,建立了受冲矿柱内部最大拉应力、剪应力、挠度与垫层厚度的关系式,进一步研究了3个力学响应量随垫层厚度的变化规律以及垫层最佳设置厚度,并应用FLAC^3D数值模拟对理论分析最佳垫层厚度的有效性进行了验证。研究结果表明：（1）冒落体对垫层的最大冲击力以及此时在垫层中的位移随垫层厚度增加而分别减小和增大,同时2者减小和增加的幅度均随垫层厚度增大而减小;（2）矿柱内最大拉应力、最大剪应力、最大挠度均随垫层厚度的增加而减小,同时减小的幅度也随垫层厚度增加而减小;（3）从经济节约、安全有效的角度出发,分析了垫层最佳设置厚度,认为设置厚度18 m左右的垫层是最合理的。研究成果可以为矿山采空区处理、山地道路棚洞防护等工程提供理论指导与经验参考。     

连续梁桥腹板预应力束崩裂回缩影响分析

本文结合高速铁路中的三跨连续梁、T构连续梁和道岔连续梁3种代表性桥型,基于有限元分析软件Midas Civil,采用数值分析方法计算分析施工期间腹板预应力束崩裂回缩对梁体应力的影响。结果表明:当腹板预应力束压浆后崩裂回缩10 mm时,三跨连续梁桥梁体应力影响较小;T构连续梁桥顶板应力最大减小0.29 MPa,底板应力最大增加0.09 MPa;道岔连续梁桥顶板应力最大减小0.22 MPa,底板应力最大增加0.32 MPa,最大减小0.18 MPa;3种桥型腹板的主拉应力影响较小,主压应力最大减小0.16 MPa。     

节理倾角对采煤沉陷影响的数值实验研究

根据陕西某矿区主采煤层覆岩结构及其物理力学性质资料,采用FLAC3D软件中的遍布节理模型研究了覆岩中节理倾角对地表最大下沉值的影响。结果表明:当水平覆岩中有节理发育时,地表最大下沉点偏移沉陷盆地的几何对称点,偏移方向因倾角不同而发生变化;节理改变了最大主应力的分布状况,拉、压应力随着节理倾角的变化出现沿节理面或垂直节理面分布的特征;低角度节理和高角度节理对地表下沉有较大的影响。     

露天矿端帮开采采硐顶板变形破坏机理北大核心

为了研究端帮开采中采硐顶板变形破坏机理,建立了两端部固定梁力学模型,结合弹性力学理论,推导出顶板应力、位移计算公式,并考虑支撑煤柱上覆软弱岩层挤压作用对顶板变形的影响,分析得到了顶板应力分布和变形规律。研究表明:顶板的正应力分布呈现二次抛物线轴对称分布,最大拉应力在采硐顶板底面中心位置处最大;最大拉应力和最大剪应力随着开采进度的增大不断增大,顶板底面中部位置先呈现出拉张破坏,随后逐渐转为与煤柱接触位置的剪切破坏;顶板底面的水平位移u值随着x的增大,呈现先减小,再增大,最后再减小的趋势,但侧向挤压对水平位移影响不大;顶板底面的垂直位移ν值随x呈现开口向上的抛物线变化规律,考虑竖向压缩和侧向挤压的位移绝对值|ν|明显大于仅考虑侧向挤压、未考虑侧向挤压的值。     

基于FLAC3D的桥台和坝体基础底面及地基应力分析研究

为了对桥台和坝体基础底面及地基应力进行研究，采用FLAC^3D数值模拟软件，分析了FLAC^3D数值模拟的计算过程，建立了桥坝三维实体几何模型，根据实际情况，对模型所使用材料物理力学性质以及模型的边界条件、上部结构对桥台的外荷载进行赋值研究，模拟分析了桥台和坝体基础底面应力。研究得出:随着桥台与坝体的各个阶段应力的施加，桥台基础底面拉应力主要集中在矩形四周，然而坝体的基础底面拉应力却主要集中在基底两侧，模拟分析混凝土的抗拉强度大于坝体与桥台基础底面最大拉应力，验证了基础强度满足要求。研究为类似工程条件下桥坝基础强度的验证提供一定的借鉴意义。     

不稳定残余支承压力影响下沿空巷道围岩变形规律

由于采掘接替紧张,有的煤矿在上区段回采完毕后不待采空区顶板活动稳定即采取留小煤柱沿空掘巷。在不稳定残余支承压力影响下,巷道掘进期间即出现大变形,给巷道支护带来很大困难。对鲍店煤矿103下03工作面轨道顺槽不稳定残余支承压力影响下沿空掘巷的巷道表面位移、顶板离层和围岩深部位移的监测结果进行了分析,结果表明窄煤柱的变形没有导致悬臂梁的回转失稳,仍起到支撑悬臂梁的作用;窄煤柱塑性变形较大,导致回转岩块支撑点向实体煤壁移动,从而致使巷道实体帮变形加大;巷道上部老顶的稳定情况对巷道变形影响较大。     

基于随机有限元理论的连拱隧道结构可靠性分析

应用基于神经网络的随机有限元方法, 把截面抗压强度条件视为承载能力的极限状态, 把截面受拉开裂条件视为正常使用的极限状态, 进行某高速公路连拱隧道衬砌结构可靠性分析, 得出了衬砌结构可靠度指标的分布规律和衬砌结构的概率破坏规律。按照抗压条件计算, 衬砌结构的最小可靠度指标位于拱墙的侧部, 而最大可靠度指标位于拱顶部位, 说明隧道衬砌结构的受压破坏容易发生在拱墙的侧部; 按照衬砌结构的抗裂条件计算, 衬砌结构的最小可靠度指标位于拱顶部位, 而最大可靠度指标位于拱墙的侧部, 说明隧道衬砌结构的受拉破坏容易从拱顶部位开始, 而拱墙侧部产生受拉开裂的可能性较小。     

聚能定向预裂爆破切顶卸压在坚硬顶板综放工作面的应用

金辛达煤业11(9+10+11)#煤层顶板为坚硬的K2灰岩,平均厚度10 m左右。工作面回采期间,受临近工作面采空区侧向支承压力影响,工作面顺槽变形底鼓严重。通过现场应用定向预裂爆破切顶技术,回采前人为控制采空区K2灰岩顶板断裂位置,消除悬臂梁、三铰拱,使采空区侧向支承压力及应力集中系数大大减小,达到了保护临近巷道的目的。     

加载与卸载过程瓦斯抽采钻孔变形特征

抽采钻孔的稳定性影响到抽采工程效果的好坏。工作面回采过程中,由于支承压力随工作面推进的移动,采动影响范围内的抽采钻孔受到加载、卸载应力的作用。为得到加卸载条件下抽采钻孔变形及破坏规律,采用数值模拟的方法对不同应力变化速率下钻孔的破坏进行了计算,共设计10种计算方案,得到了不同加卸载应力变化速率下的钻孔塑性区分布范围及孔壁位移曲线。同时依据数值计算得到的卸载应力变化速率与孔壁变形相互关系,建立了考虑卸载应力变化速率的钻孔周边切应力计算模型。研究结果表明:加载过程中,加载速率对钻孔周边的破坏范围及孔壁位移不产生影响;卸载过程中,钻孔周边破坏范围与初始卸载应力及卸载速率相关,在进行抽采钻孔布置时需综合考虑钻孔的受载力学特征。     

深基坑挡土桩土拱效应特征分析

土拱效应是挡土桩工作原理的基础。采用有限元法首先研究了一个真正土拱的受力特征，以此为基础，分析了深基坑挡土桩后土体的受力状态；指出挡土桩后的土体可以分为3个区域：拱底应力区、土拱区和拱顶均匀应力区。在拱底应力区，最大主应力为拉应力；在土拱应力区，其受力特征与真正的土拱相同。给出了这3个区域的分界线特征，并讨论了荷载及挡土桩净距等因素对土拱区形状的影响。     

特厚煤层矸石充填控制岩层变形特性研究

为研究特厚煤层在矸石充填下岩层变形特性,以某矿矸石为充填材料,采用侧限压缩试验研究其在压应力下的变形特征,并采用FLAC^3D建立数值模型,将侧限压缩试验中压实8 MPa的矸石的弹性模量应用至数值模型中,对比分析充填和未充填两种开采模式下的岩层的受力及变形。研究结果表明,矸石充填体变形特征表现为随着载荷的持续增加应变量逐渐增加,且两者呈现对数函数关系,应变量前期变化明显,后期逐渐减小;矸石充填开采后,对比未充填时岩层的位移量明显减小,且应力在岩层中分布更加均匀。试验和模拟结果均表明,矸石的压密致使充填体的变形趋于稳定,从而可以承担上部压力。     

动压对底板巷道围岩变形破坏规律研究

为了研究动压对底板巷道围岩变形破坏规律,以动压影响底板巷道为对象,采用理论分析和数值模拟相结合的方法,开展了动压条件下巷道围岩弹塑性力学分析和底板巷道围岩变形破坏规律研究。研究得出,动压条件下塑性区的范围比静压条件下大1.2倍,巷道表面位移量比静压条件下增大2.4倍;随着工作面的推进,巷道围岩等效应力峰值逐渐增大,并且远离巷道表面,塑性区和破裂区呈非对称性、极不均匀,底板、左拱部和右拱部产生了“三角形”裂隙分布,围岩变形破坏呈现“倒花盆”型。研究为沿空动压巷道支护方式的确定提供了依据。