基于GIS的岩土工程有限元分析系统集成方法

GIS因具有对空间信息和属性信息强大的管理功能,已在许多领域得到广泛的应用.而岩土工程有限元计算分析实际上也是一个对空间信息和属性信息的分析处理过程,进行GIS和岩土工程有限元计算的融合其优势是明显的.就基于GIS的岩土工程有限元分析过程中的数据前处理、有限元计算、计算结果后处理及可视化等问题进行了研究探讨.     

正交各向异性对岩体洞室破坏影响的模拟分析

采用有限元方法建立了正交各向异性弹塑性平面应变分析模型,对拱形洞室随各正交方向上弹模的变化对围岩破坏的影响进行了模拟研究.结果表明,各正交方向上弹模的不同将对围岩的破坏发育形态及范围影响很大.     

采场动态结构力学模型的仿真及其应用

以“以覆岩运动为中心的矿压理论”体系为核心内容,兼容当代最新的矿压理论研究成果,运用最新的信息技术手段,建立了采场动态结构力学模型;推导了覆岩裂隙带运动方程;导出了计算采场支承压力分布范围和计算内应力场分布范围的力学表达式。建立了采场上覆岩层(运动)数字化模型,并实现了动态可视化仿真系统。论文所取得的主要结论如下: (1)采场四周煤体上的支承压力主要来源于采场上方已经发生运动的岩层。从形状上看,该部分岩体为一上大下小的截头方锥体。在工作面开始回采初期,该截头方锥体的上下端面是相同的,可以看作是一个长方体,随着工作面的推进,该截头方锥体的上下端面都在不断扩大。在上端面上表现为地表移动范围的不断扩大;在下端面表现为支承压力分布范围的逐渐增加。大量的实验和现场工程实践证明,在工作面从开切眼开始推进到推进距离大约为工作面长度左右时,该截头方锥体的上下端面相对于中部以采空区边界为断面的长方体的扩展发展到最大。根据三维结构力学模型建立采场四周煤体上支承压力平衡方程,推导出了支承压力和内应力场分布范围的计算表达式。 (2)在建立了采场上覆岩层数字化模型的基础上,采用具备OOP特征的程序设计语言Visual Basic 6.0,开发了采场上覆岩层运动规律动态仿真系统。该     

长壁采场覆岩空间结构探讨

基于微地震定位监测技术监测岩休在三维空间破裂的成果，以及多种边界条件工作面岩层运动和应力场的观测结果，提出长壁采场覆岩空间结构的概念，并根据采场的边界条件．将覆岩空间结构分为中间育支撑的“e”型、中间无支撑的“O”型、“S”型和“C”型4类。基于观测实例，阐述微地震定位监测技术用于监测窄间结构的形成过程和范围、采空区边缘煤体内应力计用于反演综采放顶煤采场中间无支撑空间结构内部的覆岩运动、“孤岛”煤体应力计用于判断中间有支撑空间结构煤柱变形方式等多种观测方法及这些方法在覆岩空间结构研究中的综合应用途径。最后，展望覆岩空间结构学术观点及其研究方法在采矿工程中的应用前景。     

千米埋深小煤柱顺槽让压锚杆支护技术研究

华丰煤矿为了缓解主采煤层4煤发生冲击地压的频率和强度，决定以6层煤作为解放层先行开采，这使得6层煤巷道面临着大采深、高地应力、大倾角、复合顶板的局面，传统的锚网支护几乎不能有效控制巷道围岩变形。本文针对此情况，采用了一种新型高强让压锚杆支护系统，并进行了工业性试验和矿压观测，评价并肯定了该支护系统的支护效果。该支护系统实现了该矿深部解放层巷道“可控让压”和一次支护成功，为我国深部复杂条件下特别是新汶矿区解放层巷道的支护提供了经验和借鉴。     

岩石破坏机理及节理裂隙分布尺度效应的非线性动力学分析与应用

通过MTS系统、扫描电镜和光学电子显微镜等岩石力学实验研究，抽象出砂岩全应力一应变实验曲线的3种典型形态，从断裂损伤角度探讨了岩石节理裂隙微观、细观和宏观破坏的机理联系。提出了圆与正方形相耦合的分形维数计算方法和相空间重构时滞判定的功率谱分析法，将该方法应用于岩石节理裂隙分布尺度效应研究和混沌动力学评价TDS准则的建立；同时，补充了非线性动力学研究的基础理论与方法。运用分形理论分析砂岩跨越尺度界限的微、细、宏观节理裂隙分布特征，得到了砂岩节理裂隙分布的无标度区域，为解决岩石断裂机理的尺度效应问题提供了可行途径。在无标度区域建立了定量描述岩体结构的节理裂隙分布（条数）预测模型，并将该预测模型应用于岩石破坏机理的离散单元法研究。通过岩石力学实验建立了混沌动力学评价岩石节理裂隙系统破坏的TDS准则数学模型，在一定程度上克服了Wolf方法判定混沌动力学指标鲁棒性较差的局限。提出岩石全应力-应变曲线的二分法原则，应用混沌动力学评价TDS准则定性研究了砂岩全应力-应变曲线的分段特征，运用Kolmogorov熵理论实现了岩石节理裂隙贯通与否的定量判别，并尝试应用于岩石强度准则的研究。基于断裂力学理论及能量余法建立坚硬顶板及三维顺层滑坡系统的运动方程，运用混沌动力学评价TDS准则分析运动方程的稳定性，得到了资源开采活动对坚硬顶板系统稳定性的扰动规律和三维顺层滑坡体阻尼敏感的系统效应。混沌动力学理论与3DEC反演建模相结合，研究坚硬顶板运动的阶段特征，由此可以控制坚硬顶板从冲击性整体运动向周期性分段运动转化，并实现对其运动状态的短时预测。将混沌动力学评价TDS准则应用于现场顺层滑坡的稳定性评价，得到阶段Kolmogorov熵值的升高是滑坡体稳定性状态突变时机及临界状态预测的关键，证明了从能量角度分析与预测滑坡系统运动状态这一方法是可行的。     

微震监测技术在矿井岩层破裂监测中的应用

介绍了澳大利亚联邦科学工业研究院勘探采矿局 (CSIRO)开发的用于岩层破裂监测的微震监测系统 ,为能将之应用于中国深井灾害的监测 ,提出了对软硬件改造和开发井下智能化、自动化和可视化微震监测系统的初步方案 ,这一系统的开发应用对改变我国煤矿安全状况有重要意义     

基于解析积分求解影响系数的三维FSM边界元法

基于Kelvin解求得了间接边界三维应力不连续法影响系数的解析解，并由此构造了该方法的数值模拟系统。该方法对于大范围问题的弹性数值模拟具有计算速度快、精度高的优点。     

深部膨胀性软岩巷道变形特征及支护技术

以林南仓煤矿三水平东一胶带通路探巷掘进工程为背景,针对膨胀性软岩巷道难以支护的问题,系统分析总结了该类巷道变形破坏特征,并提出了架喷锚注耦合支护对策,即在该类巷道掘进初期大变形条件下采用承载能力较大的U型钢进行支护,配合喷浆封闭围岩,使U型钢受力均匀,最后注浆提高围岩承载能力的支护方案。运用FLAC3D数值模拟软件,对不同支护方案下软岩巷道的塑性区分布进行了研究。结果表明:架喷锚注支护下膨胀软岩巷道的变形破坏可以得到较好的控制。