三维非线性有限元分析在地下管棚支护中的应用

结合某地下隧道管棚支护设计及施工方案，采用三维非线性有限元对该洞库的开挖与支护过程进行了模拟，得出的结论是：管棚支护对于控制地表沉降、侧墙水平位移和塑性变形作用明显；不同管径和管间距对位移最大值影响有限，但对管钢内应力有较大影响；不同开挖进尺、不同注浆加固厚度对围岩变形及支护结构的影响较大。该数值分析结果与以往现场实测结果相一致，可作为相关工程设计和现场施工的理论指导。     

Study on optimization of underlying coal bed exploited depth for tunnel

Combined with highway construction, the analysis on the relationship between tunnel construction and coal resource exploitation was processed, which was based on the research of rational exploitation depth of coal. 3D FEM numerical analysis for tunnel excavation was carried out according to engineering geological features of coal measure strata in the project area. Based on the analysis of displacement and stress of the surrounding rock in the tunnel after excavation, the characteristics for displacement and stress of the tunnel support structure were analyzed when the underlying coal bed was exploited with sublevel and full caving method. In addition, combined with the related code and standard, the economic and safe prohibiting exploited depth of the underlying coal bed was proposed, so that a scientific basis for tunnel construction of coal measure strata and reasonable exploitation of the mineral resources in complex geological conditions can be offered.     

切削中残余应力释放对工件加工变形的影响

为了研究加工过程中毛坯初始残余应力的释放对加工变形的影响,在弹塑性理论的基础上,建立了三维铣削仿真加工变形场的有限元分析模型,利用位移约束转换和“单元生死”技术仿真了加工过程中工件装夹和材料的去除。通过仿真数据与实验数据相比较,结果表明:工件毛坯残余应力在铣削加工过程中对称释放有利于减小工件加工后变形。     

龙滩水电站地下厂房洞室围岩弹塑性数值分析

根据龙滩水电站地下厂房的工程地质条件与开挖设计，采用二维弹塑性有限元法对地下洞室群围岩进行了数值模拟计算，研究了开挖过程中及完成后围岩的变形与应力、各洞室之间的相互影响，提出了设计与施工建议。     

盾构双隧道衬砌结构应力与变形的数值模拟

为分析盾构双隧道施工周围土体及衬砌结构管片应力和变形规律,结合大连地铁2号线202标段盾构施工工程实例,运用ADINA软件对盾构施工过程进行动态模拟,建立了盾构隧道-混凝土衬砌结构-注浆土体-原状土体三维非线性有限元计算模型,综合考虑了上部土体的岩性分层,隧道施工间的相互影响,衬砌、注浆土体和原状土体之间共同作用,盾构施工、土体注浆及衬砌支护的动态过程。通过数值分析,研究盾构双隧道施工周围土体及衬砌管片应力和变形规律,为隧道盾构施工、衬砌管片设计与控制地表沉降提供施工建议。     

白龙山隧道地应力场数值模拟研究及岩爆预测

根据静兴高速公路白龙山隧道区域应力场特征,建立三维地质模型,采取有限元数值模拟的方法分析研究工程区的初始地应力场分布规律。通过分析隧道轴线方向上的地应力场特征,发现隧道区初始地应力场以构造应力为主导,区内存在较高地应力场,长度约为3150m。最后,根据地应力资料对高地应力区隧道开挖阶段进行岩爆预测,结果表明隧道计算段岩爆等级为弱岩爆~中等岩爆。     

浅埋大跨地下硐室动态施工三维仿真模拟研究

利用有限元程序对青岛某浅埋大跨地下商场扩建工程的开挖支护过程进行了三维数值模拟，分析了围岩中的位移、塑性区、应力分布及支护的受力状态，从理论上验证了根据工程类比法确定的先拱后墙开挖方案及采用长锚索、短锚杆，以锚为主的锚喷网加固方案的合理性。     

不同应力状态下采场稳定性的数值模拟分析

为研究开挖影响采场稳定性的应力因素, 利用ABAQUS有限元分析软件, 对不同应力状态下的采场稳定性进行了数值模拟, 结果表明: 当侧压力系数接近于1时有利于开挖的安全性; 初始应力增大有利于减小开挖引起的应力重分布过程中的应力增加; 初始侧向应力增加有利于开挖后的应力释放, 有利于减小开挖后边壁处的竖向应力。     

地下厂房硐室开挖及大体积混凝土浇筑仿真分析

以某水电站为工程背景,采用Autocad与FLAC^3D-Extruder地质建模软件建立三维数值分析模型,之后借助专业分析软件FLAC^3D对地下厂房硐室开挖及大体积混凝土浇筑全过程进行三维数值模拟计算,主要研究地下厂房硐室开挖及混凝土浇筑全过程中硐室围岩的应力、应变、塑性区变化特征以及锚杆、喷层支护结构的受力特征。研究结果表明：采用分期开挖方式,在施工过程中不会出现异常情况,采用锚喷支护后,硐周的围岩稳定特性较好,锚杆和喷层受力状态较为合理,说明所采用的施工开挖方式和选择的锚喷支护参数是可行的。该研究成果具有一定的指导意义,可为工程管理、开挖支护及监测设计提供参考依据。     

松树南沟矿区边坡岩体质量评价与边坡稳定性分析

为了评价松树南沟矿区边坡岩体开挖稳定性情况,指导矿山的安全施工,以结构面测量与工程勘察为基础,分析边坡岩体结构面的分布及岩体结构特征,得到对边坡稳定起控制作用的优势结构面。利用结构面三维网络模拟技术,对上述优势结构面进行计算机模拟,建立结构面网络模型,再现岩体结构。分别沿平行和垂直各测线走向方向切割网络模型,发现岩体部分区域被结构面切割严重,为形成小规模的可动块体提供了有利条件。运用分形理论计算了各切面的分形维数,计算得出边坡岩体处于一般或差的状态;借助有限差分软件FLAC3D,计算开挖后边坡岩体的稳定性情况,结果表明：由于开挖卸荷局部边坡台阶处出现了较大的位移和塑性区,可能出现崩塌、滑移破坏,与质量评价结果一致,建议适当放缓该区域台阶坡面角。     

基于采空区模拟的错层位外错式巷道位置选择研究

为了研究错层位外错式巷道布置法中下区段沿底巷道位置选择问题,首先通过理论计算对302工作面的顶煤应力分区进行划分。采用FLAC3D数值模拟软件对采空区进行充填模拟计算,并以此为基础对错层位工作面开挖后垂直应力及塑性区分布情况进行分析,最后综合考虑理论计算及采空区充填处理的数值模拟计算结果,确定下区段沿底巷道水平错距为3m。结合错层位外错式所具有的空间位置关系提出区段间相邻巷道联合支护方案,并采用FLAC3D数值模拟软件对实验结果进行验证,最终结果认为该巷道布置及支护方案有利于减少煤柱留设尺寸,提高资源回收率,同时可以对区段间相邻巷道起到良好的控制作用。     

自适应有限元方法与开挖过程模拟分析

描述了适用于岩土工种中模拟多步开控过程的自适应有限元方法。针对模拟开控的计算特点,郑重介绍了网格加密及退化、数据结构、以及荷载移的处理措施,并通过算例说明自适应有限元用于开挖施工过程模拟分析的有效性和优越性。     

基于FLAC~(3D)的采空区注浆加固数值模拟研究

采空区结构复杂,易受外界因素影响发生失稳变形,在其上方兴建建筑物时为确保安全必须进行地基稳定性评价,根据评价结果采取相应的处理措施。由大量国内外工程实践可知,注浆是改良软弱地层和破碎地基的有效方法,是保证地下工程和地面建筑物安全运行的可靠手段。对采空区注浆加固机理、加固模型以及数值模拟中应注意的问题进行了较深入的分析,并以实测工程参数为依据,结合FLAC3D软件,从沉降变形、垂向应力的角度对采空区注浆加固问题进行了分析研究,为相关问题的施工与设计提供一定的借鉴。     

基坑开挖对邻近地铁隧道影响的Midas GTS三维数值模拟分析

随着城市地铁工程的高速发展,地面建筑物基坑的施工将必然会对邻近的地铁隧道造成一定的影响,运用Midas GTS三维数值模拟计算软件分析基坑开挖对邻近地铁隧道的影响,对地层自重固结、基坑开挖施工的整个过程进行模拟分析,计算的结果与实际监测数据进行对比表明,该方法对实际工程有一定的指导意义。     

深部巷道开挖应力演化特征分析

深部高地应力赋存条件下,巷道开挖使围岩的应力受到扰动而重新分布,围岩应力的 变化会导致岩体破坏和损伤,甚至造成巷道的整体失稳。为研究全断面法、台阶法2 种不同开挖 方法下,围岩掌子面轴心、顶底板、边墙、拱肩等关键点位的应力演化规律,依托某煤矿巷道, 运用FLAC3D软件进行数值模拟,定量分析了2种不同开挖方法下关键点位应力大小及应力方向的演 化特征。研究表明：对于2种开挖方法,开挖后各主应力大小趋于稳定时差别较小;对于参考面轴 心监测点,全断面法开挖时最小主应力旋转成平行巷道轴线方向,受下台阶的影响,台阶法开挖 最小主应力最终旋转成竖直方向;对于边墙、拱肩、拱顶、底板、底角等其他关键监测点,最终 的应力状态相差不大,但应力演化路径相差显著,破坏机理也不同;与全断面法开挖相比台阶法 开挖下巷道底板位置处塑性区体积明显偏小,下台阶对底板围岩具有一定的保护作用。深入研究 应力变化对围岩稳定的影响对理论和工程研究具有重要意义,为开展室内实验以及现场工业实验 提供依据。     

矿山深部工程FLAC3D初始地应力场生成的速度-应力边界法

初始地应力场是工程稳定性数值模拟分析的基础。已有较多的岩石地下工程稳定性模拟证明,在FLAC3D模拟时常用的速度边界法和快速应力边界法可以生成与实际较为一致的初始地应力场;但对于矿山深部工程,利用这2种边界条件加载方法,则模拟结果分别存在“地应力与实际不符”、“边界条件施加困难和浅部区域地应力与实际不符”的问题。针对这些问题,综合前述2种边界条件加载方法的优点,提出了矿山深部工程FLAC3D初始地应力场生成的“速度-应力边界法”,探讨了模型速度边界条件与应力边界条件加载范围的确定方式,通过算例分析验证了“速度-应力边界法”生成初始地应力场的合理性。研究表明：采用“速度-应力边界法”构建的矿山深部工程数值计算模型,可以通过多次试计算的方式确定速度边界条件与应力边界条件的加载范围;生成的初始地应力场与矿山深部工程地应力实测数据基本一致;解决了前述2种边界条件加载方法存在的问题。研究成果可为矿山深部工程的数值模拟分析提供参考。     

矿体开采的FLAC3D数值模拟分析

为了探讨不同矿体之间在开挖过程中的相互影响规律,本文采用岩土工程中常用的数值模拟软件FLAC3D对这一问题进行了模拟分析。模拟结果表明:由于大、小矿体的开挖而引起的最大水平和垂直位移量分别为7.8cm和4.7cm、6.3cm和4.0cm;两个矿体的开挖也不会对彼此造成不利影响。同时为了加快复杂问题的建模过程,本文利用Visual C++6.0程序设计语言对FLAC3D与ANSYS的接口程序进行了开发,开发出的程序可以很好地利用ANSYS强大的建模功能以实现FLAC3D建模的直观、快速和自动化。     

裂隙岩体渗透性影响因素的研究

采用UDEC离散单元法中关于裂隙岩体开挖模拟及水力全耦合分析模型,分析裂隙岩体洞室开挖后,因围岩应力与水力耦合作用导致裂隙隙宽变化及渗流变化的过程。为了更直观地了解耦合作用对裂隙岩体渗透特性的影响,以隧洞开挖为例,用开挖后隧洞内总涌水量来表征岩体的渗透特性。利用数值试验的方法,研究了块体边界大小、初始应力比、裂隙隙宽和裂隙夹角对开挖后隧洞内涌水量变化的影响,进而可以看出它们对裂隙岩体渗透性的影响。并得出如下结论:随着块体尺寸和初始应力比的增大,隧洞内总涌水量减少;随初始隙宽的增大涌水量增加并当达到某一固定值时保持不变;隧洞涌水量在θ2/θ1=3.5,其中θ1=30°,即两组节理的夹角为75°处达到最大。     

广州地铁广纺联区段设计方案的数值分析

根据广州地铁公纪区间的初步设计并进行有限元权值计算的基础上，通过对是否采取旋喷桩加固条件下隧道结构受力状态和变形特点的比较分析，得出采用旋喷桩的维护结构，不仅可以减少在隧道施工期间引起的地表下沉，而且还有效地控制了广纺联办公楼基础的不均匀沉降，达到了确保广纺联区段联道施工和地面建筑物安全的目的。     

Evaluation method for expressway rock slope stability based on numerical simulation

Taking the deep cutting excavation of Beijing-Qinhuangdao expressway as an example, the paper utilizes DYNA-2D dynamic FEM procedure to simulate the rock blasting process. The computation model was based on dynamical response of nonlinear elasto-plasticity material. According to analyses of the distribution and transmission of stress field, displacement field, velocity field, and acceleration in the course of blasting,and discusses of the blasting vibration influence to the rocky cut slope from many sides.the calculated results met well with that of in situ measured results. It is easy to determine vibration state of any point in the slope such as stress, displacement, velocity and acceleration, which confirm that numerical simulation method is feasible. The meaning of this research is not only to design the blasting construction to forecast and prevent the expressway rocky slope from disaster in mountains area, but also to offer a new experience of numerical method in geotechnical field.