基于离散元的岩土基坑边坡渗流耦合计算仿真

传统方法在计算岩土基坑边坡渗流时,计算量过大,存在计算效率过低等问题.为此,提出离散元的岩土基坑边坡渗流耦合计算方法.分析岩土基坑边坡的渗流特性和机理,分别从裂缝渗流和孔隙渗流两个方面建立渗流场,分析渗流场与边坡应力场之间的影响和作用关系.结合渗流场和应力场的关系分析结果,利用离散元法建立岩土基坑边坡渗流-应力耦合模型,并在该模型下得出具体参数的耦合计算结果.为验证设计方法的有效性,设计对比实验.结果 表明,与传统的渗流计算方法相比,设计的计算方法的耗时更短,有效提升了岩土基坑边坡渗流耦合的计算效率.     

最大主应力方向对巷道围岩稳定性影响研究

为了研究最大主应力方向对巷道围岩稳定性的影响,以贵州某矿1101工作面矩形运输巷为工程背景,采用FLAC~(3D)数值模拟软件,研究了最大主应力为水平或垂直应力时巷道围岩变形情况。研究结果表明:当最大主应力为水平应力时,顶板受影响较大,易发生较严重的剪切破坏,且顶板位移较两帮大,应着重加强顶板支护;当最大主应力为垂直应力时,两帮受影响较大,易发生剪切破坏,且顶板和两帮位移均随垂直应力增大而明显增大,应着重加强两帮支护。根据数值模拟结果及该工作面水平应力大于垂直应力的情况,近似将水平应力作为最大主应力,提出了以顶板支护为主的支护方案。现场监测结果表明,采用该支护方案后,巷道顶板及两帮位移均较小,验证了该方案能较好地维护巷道围岩稳定性。     

基于综合权重—TOPSIS的露天矿边坡稳定性评价

边坡稳定性的影响因素具有不确定性、模糊性和随机性,会影响评价的准确性,而且确定评价指标的权重易受到主观因素和外界因素的影响。目前的边坡稳定性评价方法在实际工程应用中具有局限性,不利于模糊性问题由定性向定量转化。针对上述问题,提出一种基于综合权重-逼近理想解排序(TOPSIS)的露天矿边坡稳定性评价方法。根据根据国家能源集团下属的露天矿边坡工程数据、研究成果及边坡工程实践经验,选取岩石质量指标、岩体完整指标、地应力、黏聚力、内摩擦角、边坡坡高和日最大降水量7个指标作为边坡稳定性的评价指标。利用AHP主观赋权法确定主观权重,利用CIRTIC客观赋权法确定客观权重,针对主观赋权法和客观赋权法都存在一定的局限性问题,采用主客观综合权重,以提高数据结果的准确性和科学性。结合TOPSIS模型对边坡稳定性进行评价分析。以某露天矿边坡为实例进行建模计算,验证该方法对于露天矿边坡的适用性与准确度。将该方法与集团边坡安全监测系统相结合,协助边坡安全预警处理,为露天矿边坡安全监测提供了一条新途径。     

锚固承载层作用下巷道围岩稳定性分析

针对现有巷道围岩稳定性控制方法是将锚杆支护阻力均匀作用于巷道表面,较少考虑锚杆与围岩耦合形成的锚固承载层的等效支护力问题,通过分析围岩力学模型得出锚固承载层等效支护力的解析表达式及巷道围岩在锚固承载层作用下的弹性区与塑性区应力、塑性区半径和巷道围岩表面位移的解析表达式。算例分析结果表明:(1)锚杆长度增加时,锚固承载层厚度随之增大;锚杆长度一定时,随着锚杆排距的增加,锚固承载层厚度减小;锚固承载层等效支护力随着锚固承载层厚度的增大而增大。(2)在塑性区中,相对于不考虑锚固承载层的Fenner解,考虑锚固承载层的本文解下的围岩切向应力较大,应力峰值位置更接近巷道中心位置;在弹性区中,相对于Fenner解,本文解下的围岩切向应力较小,径向应力较大。(3)随着锚固承载层等效支护力的增大,塑性区半径呈下降趋势;随着锚固承载层等效支护力的增大,Fenner解与本文解下的巷道围岩表面位移减小,且Fenner解下的位移变化量比本文解下的大。利用Flac3D软件对锚固承载层作用下的巷道围岩应力、塑性区半径和巷道表面位移进行数值模拟,数值模拟结果与算例分析结果基本一致,锚固承载层作用下巷道围岩稳定性更为可靠。     

利科有限元分析软件开发

针对现有的通用CAE分析软件不能满足水工结构和岩土工程领域数值分析的需求,国内外还没有一款功能较完备的水工结构和岩土工程通用的CAE软件的问题,开发出面向水工结构和岩土工程设计、咨询、科研与高等教育的专业有限元分析软件——利科有限元分析软件(LinkFEA).计算模块的设置主要满足该领域中坝、闸、隧道和地下洞室、各类岩质土质边坡等中的渗流场、温度场、应力场(或位移场)及这3个场之间的耦合计算和结构安全性分析需求.前处理模块的功能有几何建模、有限元网格生成以及材料参数、载荷、初始条件和边界条件的设定等;后处理模块包括强度分析、渗透稳定性分析、边坡稳定分析和洞室围岩稳定性分析等,有限元计算结果和分析结果都能以等值线图或云图显示.LinkFEA已经过国内多个工程的渗流和应力(变形)计算的检验.     

煤巷底鼓破坏特征及支护技术研究

针对煤层巷道底鼓破坏问题,以某矿53082巷为研究对象,采用UDEC离散元模拟软件对该巷道掘进期间的围岩应力状态、位移分布及破坏模式进行了分析研究,结果表明:在较大的水平构造应力下,53082巷底板软弱煤层成为应力释放的主要区域,破坏特征主要表现为浅部拉伸破坏和深部的剪切破坏。针对53082巷原有支护方案无法控制底板位移,造成底鼓比较严重的问题,通过对不同底板支护方案进行支护效果模拟分析,提出了底板注浆与锚杆锚索联合支护方式,试验结果表明:底板注浆与锚杆锚索联合支护方式优于单一的锚杆锚索支护方式,大大改善了底板应力状态,抑制了底板深部的剪切破坏,顶底板位移量控制在150mm以内,两帮位移量控制在60mm以内,巷道围岩的控制效果较好。     

基于GJO-MLP的露天矿边坡变形预测模型

露天矿边坡变形受地质结构、水文地质条件、采矿活动等多种因素影响,使得预测模型复杂,难以准确捕捉所有影响因素。目前,大量监测设备部署在露天矿边坡周围,用于实时记录露天矿边坡位移数据,这些数据具有高维度、时序关联性及非线性等特性。如果在其他条件未知而只有数据的情况下,使用传统的边坡稳定性分析方法无法有效进行边坡变形预测,而采用仅基于数据的模型对露天矿边坡位移数据进行预测对边坡稳定性的事前分析十分必要。针对上述问题,提出了一种基于金豺优化多层感知机（GJO-MLP）的露天矿边坡变形预测模型。GJO中各智能体间相互独立,可以通过并行计算加速优化MLP的训练过程;GJO能够结合MLP的非线性建模和特征提取能力,使得优化后的MLP在处理复杂问题时更具优势。为检验GJO-MLP的可行性和有效性,将GJO-MLP分别与基于蚁群算法优化的MLP(ACO-MLP)、基于引力搜索算法优化的MLP(GSA-MLP)及基于差分进化算法优化的MLP(DE-MLP)进行对比分析,在6个数据集上的仿真实验结果表明：在相同实验条件下,相较于其他3种算法,GJO-MLP表现出更好的寻优性能。将基于GJO-MLP的边坡变形...     

基于FLAC3D的边坡稳定性研究

边坡稳定性关乎矿山的正常生产和作业安全,长期以来对边坡稳定性的评价存在很大的局限性,传统的分析计算都没有考虑应力和应变所带来的影响.露天矿边坡稳定性评价需要一种科学全面的分析评价方法.而FLAC3D是由美国ITSCA公司开发的有限差分软件,通过模型计算和分析便可以直观的得到滑体的滑移破坏面以及应变和应力图,采用强度折减法就可以用来模拟岩体的变形、破坏,直到边坡岩体发生滑坡的整个过程,从而能够对边坡稳定性作出科学的分析评价.     

基于ANSYS的构造应力场条件下实体巷道锚杆支护模拟研究

在ANSYS大型有限元软件基础上开发了巷道锚杆辅助设计软件ANSYSBOLT;在该软件环境下,根据某工作面煤岩层的物理参数,建立了构造应力场条件下的实体巷道锚杆支护模型,并按照不同的埋藏深度、锚杆支护结构和预紧力条件,经软件分析计算,得出了实体巷道围岩应力及位移分布情况,进而分析了不同埋藏深度、锚杆支护和预紧力条件对巷道顶底板稳定性的影响,最终根据分析结果得出了可行的锚杆支护方案。现场试验结果验证了上述方法的可行性和有效性。     

秭归县典型高切坡稳定性评价

通过有限元软件ABAQUS对秭归某高切坡进行数值模拟,以塑性应变区贯通、位移突变和计算不收敛作为失稳判据,用强度折减法求出边坡稳定性系数。计算结果表明该高切坡在天然状态下稳定性良好,在降水影响后稳定性系数略高于安全系数,整体稳定性较好,但需要局部加固。     

深路堑开挖边坡稳定性自动化监测方法

采用目前方法监测深路堑开挖边坡稳定性时，没有对深路堑开挖过程进行模拟分析，无法准确的监测边坡稳定性和边坡累计位移，监测误差较大。提出深路堑开挖边坡稳定性自动化监测方法。首先通过有限元方法对深路堑开挖工程进行模拟和分析，获取深路堑开挖边坡稳定性的监测数据，利用PSO-IUF模型对监测数据进行处理，降低数据误差，选取边坡损伤、边坡坡度、边坡累计位移等深路堑开挖边坡稳定性指标，结合熵权法和AHP法计算稳定性指标的权重，并通过云模型实现深路堑开挖边坡稳定性的自动化监测。实验结果表明，所提方法可准确的监测边坡损伤和边坡累计位移，监测误差小。     

岩土边坡稳定性及支护系统设计

采用现代软件工程中的面向对象技术，成功地开发了Ｗｉｎｄｏｗｓ环境下方便易用的软件ＳＳＳ，该软件能够对多种支护类型边坡按不同算法进行多种稳定性分析，同时能对多种支护方案进行参数设计，还可对土钉支护时的内部稳定性进行计算，极大地减轻了工程技术人员的劳动强度。     

偏振耦合测试在分布式应力传感中的理论分析

对高双折射保偏光纤内部的分布式偏振模式耦合在分布式应力传感中的应用进行了理论分析.根据光弹理论和弹性力学理论,建立了横向应力作用下保偏光纤的偏振耦合模型,推导出应力下的偏振耦合强度公式.偏振耦合强度对应力的大小,方向,作用长度以及保偏光纤的拍长都敏感.详细分析了每一个因素对耦合强度的影响.当横向应力的作用方向角为45°,作用长度为保偏光纤的一半时,这时保偏光纤耦合强度对应力传感最敏感.     

岩土边坡稳定性分析及支护系统设计

采用现代软件工程中的面向对象技术,成功地开发了 Ｗ ｉｎｄｏｗ ｓ 环境下方便易用的软件 Ｓ Ｓ Ｓ,该软件能够对多种支护类型边坡按不同算法进行多种稳定性分析,同时能对多种支护方案进行参数设计,还可对土钉支护时的内部稳定性进行计算,极大地减轻了工程技术人员的劳动强度。     

波纹管联轴器的有限元仿真分析

为了考核波纹管联轴器在热-力共同作用下的强度和在发射频率下的刚度,首先利用在三维建模软件UG中建立了波纹管联轴器的有限元模型,然后结合有限元软件的Nastran求解器,对波纹管联轴器进行了热-应力耦合分析和工况模态有限元分析,最后通过对有限元仿真结果进行分析,得到了其力学特性。     

基于有限元法液压支架底座的结构优化

为提高液压支架底座的可靠性和稳定性,对ZZC8800/20/38型六柱支撑式固体充填液压支架底座进行有限元分析;建立底座模型并进行分析,确定其危险工况和其加载的方式;建立有限元模型并对其分析,确定了应力集中和位移变形最大位置以及每种危险工况的加载方式。根据有限元的分析结果,对底座结构进行拓扑优化,并以质量、最大应力和最大变形位移为优化目标,进行尺寸优化。优化后底座最大应力最大减小了79.7%,最大变形位移最大减小了53%,质量减少了3.7%,底座的整体强度得到了提高,同时实现了底座的轻量化,疲劳损伤和变形位移较小,达到了预期的优化目的,安全系数均得到了提高。     

动压高帮回采巷道围岩稳定性控制研究

动压高帮回采巷道是指受动压影响严重、巷帮高度较大的巷道,该类巷道不仅在掘进期间要经历掘进过程的扰动,而且在后期使用过程中要先后经历相邻工作面和本工作面的回采扰动,使得该类巷道的围岩变形破坏过程异于常规的回采巷道,且高帮围岩的稳定性相对较弱。以某矿动压高帮回采巷道15312工作面进风平巷为研究对象,采用数值模拟和现场监测相结合的方法研究了动压高帮回采巷道变形破坏机理,并据此优化了动压高帮回采巷道的支护参数。通过分析15312工作面进风平巷的破坏特征,得出影响该进风平巷围岩稳定性的因素主要包括围岩自身强度、巷道断面尺寸、围岩所处的应力环境和围岩支护强度。从围岩自身强度低、巷道断面尺寸大和围岩所处的应力环境较为复杂的角度控制巷道稳定性较为困难,因此确定从优化巷道支护参数的角度来提高巷道整体的稳定性,即采取增大巷道两帮支护强度和支护范围的措施。数值模拟仿真结果表明,支护参数优化后的围岩支护应力场近似呈圆形,且其帮部围岩支护应力场范围较大,更适合15312工作面进风平巷围岩稳定性控制。现场锚杆和锚索受力情况监测结果表明,支护参数优化后,能实现动压高帮回采巷道的围岩稳定性控制,围岩变形量较小,控制效果较好。     

动载作用下巷道超前支护区域划分

巷道超前支护区域划分和支护方式是影响回采巷道围岩稳定性的关键因素。现有研究大多在静载条件下对超前支护区域进行划分,对于动载冲击作用下的超前支护区域划分及巷道围岩与液压支架之间的关系需进一步探讨。以赵楼煤矿5304工作面巷道为研究对象,分析了液压支架受动载冲击时工作阻力的变化特征及围岩与液压支架的关系,提出了动态系数概念。在动载扰动作用下,超前支承压力峰值点向煤体内部转移,将会产生新的塑性区,因此将超前支承压力影响区划分为破裂区、塑性区、弹性区、原岩应力区、新增塑性区。根据煤岩状态及动态分界点,以动态应力为界限将超前支护区域划分为加强支护段、辅助支护段和原始支护段：加强支护段由破裂区、塑性区和部分弹性区构成,需要较高强度超前支护设备加强顶板支护;辅助支护段主要以弹性区为主,需要单体液压支柱或单元式液压支架辅助支护;原始支护段整体处于原岩应力区,不需要加强支护。运用数值模拟研究了动载作用下超前支承压力变化规律,建立了动载作用下巷道超前支承压力计算模型,推导出各支护段动态应力表达式。现场实测结果表明,根据巷道超前支护区域划分结果设计的支护方案支护效果良好,可满足超前支护区域支护质量要求。     

基于内聚力模型的纤维复合材料细观损伤模拟

基于代表性体积单元和内聚力模型，使用内聚力单元和扩展有限元方法分别模拟界面损伤和基体损伤，通过ABAQUS二次开发建立了纤维增强复合材料细观力学模型。以受横向拉伸的碳纤维/树脂代表性体积单元为研究对象，分析对比了不同强度下仅考虑界面损伤时复合材料的力学特性和同时考虑界面、基体损伤时的力学特性。结果表明纤维对基体的增强效果随界面强度提高；扩展有限元方法能在不依赖网格数量的条件下准确描述基体中多条裂纹的萌生及扩展过程，并且捕捉到基体裂纹引起的界面损伤；仅考虑界面损伤时的代表性体积单元平均应力-位移曲线后期呈上升趋势，而同时考虑界面和基体损伤的平均应力-位移曲线后期呈下降趋势。     

基坑开挖对邻近建筑物影响的数值模拟

基坑开挖引起的近邻建筑物沉降变形是多种因素耦合作用的结果,现有的计算理论很难考虑这种多因素的耦合作用。针对这一问题,采用大型工程软件ADINA对锚杆支护形式下基坑开挖引起的近邻建筑物沉降问题进行了数值模拟分析,得出了一些基本结论:建筑物的沉降在宽度方向变化显著,在长度和高度方向变化不明显;建筑物的水平位移在高度方向变化显著,在长度和宽度方向变化不明显,基础埋得越深对沉降的影响越小,在开挖到基础标高之前,建筑物沉降不大,当开挖到标高以后,沉降发展很快,因此在实际施工时,基础标高以上可以加快开挖速度,标高以下需要放慢开挖速度。对于结构设计而言,应该在基础以下进行加固处理,以减小由基底附加应力产生的较大沉降。