离散元法及其在煤矿开采中的应用(第1讲)

离散元法适用于不连续岩体的应力分析,在采矿工程、隧道工程、边坡工程等方面都有重要的应用。用离散元法的本构模型,可以模拟放顶煤综采过程中煤岩相对连续到破碎垮落的全过程,也可以用离散元法模拟节理岩体采场周围的应力状况。     

地质构造裂隙对边坡稳定性的影响

岩体中裂隙愈多,裂隙的方向愈多样化,这种岩体就愈均质和各向同性。对多裂隙石灰岩的野外调查表明,当裂隙数量增加时,岩体的各向异性就减少。因此,在研究软岩边坡稳定性以及无序裂隙的硬岩边坡稳定性时可采用连续介质的弹性及弹-塑性平面问题求解的方法。如果岩体出现定向裂隙,那么可合理地应用有限元法来决定每一具体情况下岩体的应力-应变状态。采用有限元法可预先规定用离散模型来代替连续介质     

白云鄂博铁矿东矿露采边坡地下水渗流分析

本文综合分析了白云鄂博铁矿东矿边坡的水文地质条件,首次采用典型裂隙面模型与裂隙介质渗透张量法,对边坡岩体进行了渗流非均质各向异性分析,并预测了在采坑终了时,地下水边界的扩展范围;最后,利用边界元法计算分析了各边坡分区地下水渗流场的特点。     

节理岩质边坡稳定性的离散元分析

岩体中大量节理的存在导致其具有明显不同于完整岩体的力学性质,进而大大加大了其力学计算的复杂性。在对二维离散元法的计算原理进行讨论的基础上,利用二维离散元程序对一岩质边坡在自然和地震两种工况下的稳定性进行了计算分析,并对地震工况下的计算原理进行了详细分析,分别得到其安全系数为2.0和1.67,即边坡是稳定的。同时也说明二维离散元非常适合于计算节理岩质边坡的稳定性。     

采场岩体边坡渗流的裂隙控渗特征

裂隙岩体的渗透特性实质上是裂隙水力学问题，裂隙控制着岩体的渗透特性。大多数矿山岩体边坡，由于岩体裂隙发育较为密集，最大裂隙间距或平均裂隙间距与边坡的尺寸(通常高数百米)相比，一般都很小．流场区域体积远大于典型表征体单元REV体积，因此采用等效连续介质模型是合理的，并且能反映裂隙各向异性渗透特征对渗流场的控制和影响作用。实例分析表明，裂隙分布形式影响着裂隙岩体的渗透系数张量；裂隙分布影响着裂隙岩体边坡的渗流场分布，自由面等势线形态和剖面等势线形态明显受裂隙发育方位的影响，自由面等势线的展布方向趋向裂隙发育优势走向，剖面等势线的展布方向趋向裂隙发育优势倾向。因此，采场岩体边坡渗流的基本特征是裂隙发育对渗流的控制性。     

露天矿边坡岩体渗透特性及疏干排水模拟分析

边坡岩体的渗透特性和排水效果分析是露天矿边坡疏干排水设计的技术关键．以现场典型岩体结构面调查为依据,建立了离散介质渗流模型,计算了表征单元体的等效渗透系数张量,应用边界元数值法模拟研究了不同渗透张量情况下的疏干排水效果．分析表明,该技术途径不但适合边坡岩体宏观渗流分析的特点,而且能够较为深刻的认识裂隙渗流的本质,为露天矿边坡疏干排水优化设计提供了理论依据．     

基于模糊聚类和hoek-brown准则的裂隙岩体力学参数计算

节理裂隙边坡岩体稳定性研究首先需要确定可靠的岩体力学参数。通过提依尔金矿露天边坡节理裂隙测量数据的统计分析,运用模糊等价聚类和模糊软划分聚类分别求得节理裂隙的最佳分组和中心产状。依据模糊聚类的结果,利用Hoek-Brown法确定出裂隙边坡岩体的力学参数。提依尔金矿露天边坡岩体参数的计算过程表明采用模糊聚类分析结合Hoek-Brown准则来确定岩体参数的方法在工程实践中简便易行、实用性强,对相似矿山的边坡稳定性分析工作具有借鉴意义。     

自然崩落法崩落机制的研究

本文采用边界元法与离散元法耦合研究了自然崩落法矿岩崩落机制问题,计算了矿岩崩落过程与发展,拉底空间周围岩体中应力分布,计算结果与实测结果吻合。根据计算结果对采用自然崩落法矿块初始崩落区域,矿岩崩落轴线与节理裂隙产状关系,此外,还对改善崩落效果的拉底方式做了讨论。     

降雨入渗对裂隙岩质边坡稳定性研究

首先从降雨对裂隙岩质边坡稳定性的影响这个角度入手,探讨了边坡入渗模式,讨论裂隙岩体边坡在降雨条件下,受到多方面的影响,从而降低了边坡的稳定性.然后采用极限平衡法,分析在降雨条件下裂隙岩体边坡稳定性.最后通过案例分析,证实了该方法的有效性和可行性.     

裂隙岩体裂隙网络渗流模型研究

给出了裂隙岩体渗流的几个基本定义。将岩体裂隙网络视为一个图，利用离散数学图论中图的矩阵表示法和单一裂隙渗流的立方定律，建立了裂隙岩体裂隙网络渗流模型，并将该模型用于实际边坡工程岩体裂隙渗流分析     

裂隙岩体裂隙网络渗流模拟研究

给出了裂隙岩体渗注以的几个基本定义。将岩体裂隙网络视为一个图，利用离散数学图论中图的矩阵表示法和单一裂隙渗流的立方定律，建立了裂隙岩体裂隙网络渗流模型，并将该模型用于实际边坡工程岩体裂隙渗流分析。     

基于三维摄影测量地质调查的边坡破坏模式分析

边坡安全是露天矿山安全生产的重要环节,准确计算分析边坡稳定性必须了解岩体节理产状。通过三维摄影测量系统进行工程地质调查,查明了图木尔廷-敖包锌矿岩体节理裂隙产状,并对每种岩体的节理裂隙进行了分析,得出了其可能导致的边坡破坏模式,为边坡稳定性计算提供了基本依据。     

露天矿裂隙岩体边坡离散单元法模拟分析

离散单元法能够分析节理裂隙岩体沿离散界面产生滑移、张裂、垮落等大变形问题,是岩石开挖工程中分析非连续介质问题的重要方法。徐东沟露天矿最终境界边坡上下部均由坚硬块状结构岩体组成,而边坡中部则为岩性较软的绿泥石英片岩构成,且为典型的顺坡向层状结构,分析表明,绿泥石英片岩构成的局部边坡区域位移较大,模拟开采至最终-348m水平时,水平位移最大达1.6m,垂直向下位移达1.4m,应用强度折减法得到边坡安全系数仅为1.05,开采出露后极有可能产生边坡失稳,影响矿山的安全生产。     

工程岩体不连续变形分析的几种方法

详细介绍工程岩体不连续变形分析的离散元法、有限单元法、边界元法、当量体法和数值流形方法,及在工程岩体不连续变形分析应用中的优点和不足。     

裂隙岩体加锚剪切试验及边坡岩体模拟研究

采用变角板法进行室内剪切实验,探讨了锚杆加固节理裂隙试件的力学机理,同时结合数值模拟对锚杆控制节理裂隙边坡岩体的变形进行了分析。研究表明:锚杆加固不仅能提高节理裂隙岩体的整体性,而且在工程实际应用中能很好控制节理裂隙边坡的变形量。     

裂隙水压力作用下锚杆加固岩石边坡稳定性分析

裂隙中的渗流是岩石边坡失稳的重要因素之一。渗流对岩石裂隙存在静水压力和动水力,特别是暴雨会引起裂隙中的渗流压力迅速增大,造成滑坡等地质灾害。锚杆作为岩土工程的重要支护手段,被广泛应用于岩土加固工程中。基于岩土塑性极限平衡理论,从塑性功角度首先探讨了岩土边坡能量安全系数的取值,进而对岩体裂隙中存在静水压力和动水力情况下,锚杆加固岩体边坡的稳定性进行了研究,建立了相应的计算方法和公式。结合工程算例,重点分析了渗透压力作用对岩体边坡稳定性的影响以及锚杆的加固作用。分析表明,渗透压力对岩体边坡稳定性的影响是不可忽略的。     

综合地质勘察在恩施州万三公路石心河大桥边坡稳定性评价中的应用

结合山区大桥边坡工程地质勘察实践,阐述了目前山区工程地质勘察所采取的主要勘察方法、手段,相互间的应用与分析,定性地分析确定了大桥通过区段岩溶不发育,构造裂隙及溶蚀裂隙相对较为发育;岩体透水率变化较大,溶蚀裂隙呈不规则状,相互间未连通,一般成单独个体,岩体内部未见异常面,不存在贯通裂隙及贯通裂隙面,边坡岩体总体稳定性较好。     

基于立方定律的岩体裂隙非线性流动几何模型

岩体裂隙壁面的几何粗糙会引起其中流体的流动非线性,立方定律在分析此类问题时最为简便但却无法适用。本文旨在基于简单的立方定律,提出一个能够有效适用于岩体裂隙几何粗糙引起非线性流动的分析模型。通过对N-S方程进行量级分析得到了立方定律适用的3个条件：① 足够小的壁面粗糙;② 足够小的隙宽流程比;③ 较小的流动惯性。这些条件在粗糙岩体裂隙中难以满足。为了解决这一问题,本文提出了一个新的粗糙岩体裂隙的离散等效几何模型,该模型中裂隙被合理地“分割”,离散成较短的单元段以使得立方定律的适用条件成立;建立了粗糙单元段的平行板等效方法,从而在粗糙单元段内应用立方定律（局部立方定律）。借助几何模型对典型粗糙岩体裂隙进行了离散和数值模拟,发现离散后的裂隙与原裂隙在流动行为上呈现极好的相似性。并基于离散裂隙导出了粗糙岩体裂隙非线性流动的流量公式,最后通过不同岩体粗糙裂隙的流动试验验证了本模型的正确性。该几何模型及其流量公式能为真实粗糙岩体裂隙的非线性流动行为分析提供有效手段。     

流形元法分析爆破振动对边坡动态稳定性影响

主要分析边坡动态稳定性问题,采用爆破地振波作动载荷,用流形元法对边坡进行分析,对一个岩石边坡上的裂隙岩块随地振波加载产生滑移破坏的过程进行了数值模拟,结果表明流形元法应用于爆破振动边坡稳定性研究是可行的。为类似问题的求解提出一种新的计算方法。     

裂隙岩体非饱和渗流问题的研究

发展了“孔隙--裂隙”二重介质模型;研究了裂隙岩体非饱和渗流问题;推导出了裂隙岩体非饱和渗流方程;并结合边坡稳定中的渗流问题进行了分析应用。