运用非线性Mohr-Coulomb破坏准则分析尾矿坝稳定性

为了获得尾矿坝上限安全系数,采用切线法将非线性Mohr-Coulomb破坏准则与极限分析上限法相结合,基于尾矿坝对数螺旋破坏模式,建立了基于极限分析上限定理的尾矿坝非线性安全系数上限分析模型。以某尾矿坝为工程背景,求解得到了不同非线性系数和抗拉强度下的安全系数。结果表明,尾矿坝的安全系数随着非线性系数和抗拉强度的增大,呈递减趋势。在满足尾矿坝设计安全的前提下,运用尾矿坝上限非线性安全系数数学模型,反演设计参数,根据反演结果可优化设计方案。     

基于Hoek-Brown破坏准则的岩体参数预测方法与应用

一般来讲,岩体破坏过程的计算均采用Mohr-Coulomb准则,但此时的岩体力学计算参数的选取是关键,直接影响着理论计算和分析的准确性。Hoek-Brown破坏准则能够较全面地反映岩体受构造应力、人为开挖等因素的作用,因此,在该准则理论的基础上分别介绍了Mohr-Coulomb准则中的抗剪强度参数、抗压强度和变形模量的等效估算方法;然后针对某矿区的矿岩参数进行了预测,得到了一些有实用价值的结论,为该矿区的采矿设计、数值分析和岩体评价提供了基础数据资料。     

Mohr-Coulomb准则下倾斜矿柱稳定性的安全系数法

地下矿床开采中,矿柱的稳定是矿床安全高效开采的基础,是采场作业人员的安全保障。以弹性力学理论为基础,分析正应力和剪应力共同作用下倾斜矿柱的受力状态,应用图解法绘制出表征矿柱应力状态的应力圆。根据应力圆与Mohr-Coulomb强度包络线之间的关系,建立了考虑矿体倾角及矿柱受正、剪应力共同作用下矿柱的安全系数解析式。应用该安全系数解析式能很好评价任意倾角矿柱的稳定性,并分析了水平矿体时,以安全系数评价的矿柱稳定性与实际矿柱稳定状态吻合。最后分析了应力圆圆心所在直线斜率tanβ、矿体倾角θ等因素对倾斜矿柱稳定性的影响。研究表明:应力圆圆心所在直线斜率tanβ是矿体倾角θ及侧压系数λ的二元函数,对每个侧压系数λ,tanβ均能取得一次最大值,且侧压系数λ值不同,tanβ取得最大值亦不同;当侧压系数λ∈[0,1]时,tanβ取得最大值时对应的矿体倾角θ∈[45°,90°];当tanβ取得最大值时,矿柱的安全系数最小,矿柱最容易失稳;随矿体倾角的增大,矿体安全系数呈现先减小后增大的变化趋势。     

金山矿业矿区井下充填系统稳定性分析

为探究金山矿业井下充填系统的安全稳定性,采用3Dmine-Rhino-GriddleFLAC~(3D)耦合建模方法,完成了对矿区地表和矿体等复杂模型的构建。结合Mohr–Coulomb屈服准则,运用FLAC~(3D)软件着重分析了矿体开采造成的井下充填系统附近地表的位移情况。研究表明:井下充填系统附近地表最大变形值为倾斜值i=1.95 mm/m、曲率k=0.025、水平变形值ε=1.3 mm/m,均小于安全规程内的地表极限变形值,井下充填系统稳定性处于安全范围内。     

深部大规模开采岩体稳定性数值模拟研究

基于FLAC3D对马城铁矿深部大采场开采及回填过程中,围岩与充填体的稳定性进行数值模拟计算,并通过现场工程试验进行了验证。研究结果表明:(1)一步回采后,矿房出现顶板下沉和底鼓现象,间柱顶底板处应力集中明显,最大应力达到36.45 MPa,围岩局部呈塑性破坏;二步回采时,矿柱位置应力集中加剧,最大集中应力达到69.35 MPa,顶板最大位移15.01 cm,空区部分围岩呈失稳状态。(2)一步回采胶结充填后,胶结充填体对空区围岩起到了支撑作用,在一定程度上恢复了围岩三向受力状态,矿房顶底板应力集中程度减弱;二步回采尾砂充填后,充填体进一步抑制了空区塑性区的发展,围岩受力分布相对均匀,顶板位移与之前相比基本不变,顶底板变形得到了有效控制,保证了深部大采场开采的安全性和可靠性。     

广义Hoek-Brown准则在露天矿边坡稳定性分析中的应用

Hoek-Brown屈服准则作为估计完整岩石或节理岩体剪切强度的半经验准则,已成为岩体强度预测和岩土工程计算领域应用最为广泛的准则。采用广义Hoek-Brown强度准则确定露天矿山边坡岩体力学参数,并结合FLAC3D对矿山露天边坡开挖进行稳定性分析,计算结果与矿山开采实际情况基本一致,现状边坡整体处于稳定状态,局部岩土体有变形破坏的可能。基于广义Hoek-Brown准则确定的边坡岩体力学参数可以用于分析和评价露天矿延伸开采边坡稳定性。     

基于D-P准则的巷道围岩稳定性分析

基于以D-P准则为屈服函数建立的弹塑性本构模型,利用有限元数值模拟软件COMSOL Multiphysics对巷道围岩的稳定性进行了数值模拟,分析了巷道围岩的应力、位移分布情况,对比了以Mohr-Coulomb准则和D-P准则为屈服函数时巷道围岩的塑性区分布,探讨了巷道围岩的失稳破坏形式。研究表明,以Mohr-Coulomb准则为屈服函数时可能会低估巷道围岩塑性区分布范围;巷道两帮首先发生拉伸破坏,随后发生剪切破坏,最终形成X状共轭剪切破坏。     

基于Hoek-Brown准则的岩体力学参数计算

在确定岩体地质强度指标(GSI)的基础上,通过将Hoek-Brown准则与Mohr-Coulomb准则相互变换的方法来求得节理岩体的力学参数。通过算例说明了这种方法的具体计算过程,并分析了岩体强度参数C,φ值与围压的关系,得出了一些结论。     

岩体破坏经验准则的探讨

本文对E.Hoek建立的岩体破坏经验准则的应用进行了探讨和修正,并在分析影响岩体强度之诸因素的基础上,给出了确定岩体强度影响因子f的具体方法。     

基于FLAC3D的条带开采煤柱稳定性分析

为研究不同采出率开采条件下条带开采煤柱的稳定性及对地表的影响,采用了FLAC3D和Tecplot数值模拟软件,对不同采留宽条带煤柱的竖直应力分布和地表最大下沉值进行研究。结果表明:随着采出率的增加,煤柱单位面积所支撑的压力成线性增大;在煤柱的边缘形成应力的集中区,其应力等值线的形状呈马鞍形—平台形—拱形的变化,平台形可以看成煤柱从稳定向失稳过度的标志和临界点;根据模拟计算结果,建立了地表最大下沉值与条带开采回采率之间的关系式及最大竖直应力与采出率之间的关系式,为今后相关计算提供了科学依据。     

基于开采环境再造结构稳定性判别与支护设计

在综合评价现有岩体稳定性评判方法的基础上, 选用普适性较好的弹塑性位移相对比值判别方法作为岩体稳定性的判据。将该方法应用到新疆喀拉通克铜镍矿, 得出在采矿过程中其结构顶板会失稳破坏的结论; 设计采用预应力长锚索对顶板进行支护, 并运用FLAC^3D软件对锚索支护网度进行优化设计。研究结果表明, 当采用4 m×6 m锚索支护时, 弹塑性位移比值θ_a=0.91, 远小于结构破坏的临界值, 能维持顶板稳定性; 同时该方案下塑性范围及锚索最大轴力变化较小, 故得出4 m×6 m锚索支护为最佳支护方案。     

高支承压力区沿空留巷围岩稳定性数值分析

在双鸭山东荣二矿综采工作面高支承压力区试验沿空留巷,为分析该沿空留巷巷道的稳定性,采用FLAC3D软件进行了3次数值模拟分析:首先数值模拟求出了17煤残留煤柱形成的底板应力场,得出平均支承压力值为25.2 MPa;进而建立沿空留巷巷道围岩力学模型,模拟分析巷道围岩应力场,得出了充填体支护体片帮原因是垂直压力超限;由此提出了对充填支护体实施预留变形层和锚杆钢带加固等强化支护措施,并模拟分析证实了强化支护后充填支护体的稳定性,经现场工程实践表明采取强化支护措施,沿空留巷巷道稳定性良好.     

基于FLAC平台的岩体边坡渐进破坏模拟分析

岩体边坡的强度不均匀性和局部应力集中是客观存在的,破坏往往产生于薄弱部位,而后逐渐发展造成岩体边坡的整体失稳。应用岩土分析软件FLAC~(3D)的单元力学参数赋值、单元破坏状态查询等FISH语言函数,编制了单元初始随机强度赋值与峰后残余强度置换的FISH语言程序,实现岩体边坡渐进破坏的FLAC~(3D)模拟。以大孤山露天矿东南帮边坡为工程背景建立了模拟计算简化模型,在-450 m水平开挖形成最终边坡体时有少量坡脚单元出现了塑性流动破坏,但不同强度随机样本边坡的数量和位置则有所不同,按传统评价方法可以判定边坡是稳定的。将进入塑性流动状态的单元置为残余强度后继续进行模拟计算,则坡脚破坏区逐渐增大,最后发展为边坡整体失稳。因此数值模拟时考虑岩体的强度随机性及峰后残余强度是非常必要的,岩体边坡的渐近性破坏模拟分析更贴近客观实际。     

急倾斜煤层大段高开采围岩变形数值模拟研究

针对新疆苇湖梁煤矿急倾斜煤层大段高综放开采的实际,利用有限差分程序FLAC3D对20m段高工作面分段开采过程中围岩变形规律进行了数值模拟研究。研究表明:大段高开采过程中顶板的位移变形量明显大于底板。开采后顶板岩层中易形成卸载拱结构,在该结构保护下,顶板侧岩层的位移变化将经历缓慢增长—水平位移快速增长—竖向位移快速增长—破坏垮落的过程,使得大段高开采条件下顶板岩层发生大范围垮落的可能性大幅降低。数值研究所得结论对于现场实际生产有一定的借鉴作用。     

硬岩层状顶板稳定性规律数值分析研究

顶板垮落是金属矿山地下开采过程中较为严重且常见的工程灾害之一,针对中钢苍山铁矿层状顶板岩石特性,分析了岩层破坏过程和各因素的影响规律,利用FLAC3D软件建立三维数值力学分析模型,对顶板进行应力应变分析,通过数值分析软件研究50－300 m埋深时,顶板随不同的岩层分层厚度、不同的埋深等因素而变化的破坏规律。     

硬岩层状顶板稳定性规律数值分析研究

顶板垮落是金属矿山地下开采过程中较为严重且常见的工程灾害之一,针对中钢苍山铁矿层状顶板岩石特性,分析了岩层破坏过程和各因素的影响规律,利用FLAC3D软件建立三维数值力学分析模型,对顶板进行应力应变分析,通过数值分析软件研究50～300 m埋深时,顶板随不同的岩层分层厚度、不同的埋深等因素而变化的破坏规律。     

充填法开采矿体三维模型构建及井筒稳定性分析

采用3DMine-Rhion-Griddle-FLAC^3D耦合构建矿区三维模型,研究了矿体回采过程中井筒变形、应力、塑性区变化规律,并对开采过程中井筒变形进行实时监测以分析验证井筒稳定性。结果表明,基于3DMine-Rhino-Griddle-FLAC^3D分析方法,可以对采矿过程中井筒稳定性进行有效分析; 矿体回采结束后,仅在采场周围区域产生较大变形量,井筒变形量均小于10 mm; 采场周围均出现了明显的塑性破坏,但塑性区范围仅存在于采场附近,并未延伸到地表及井筒周围,井筒周围基本处于原岩应力状态。