Hoek-Brown强度准则在FLAC^3D数值模拟中的应用

为了弥补Mohr-Coulomb准则不能动态地反映岩体破坏时的力学性质的不足,克服其在工程模拟中的局限性,本文通过对比分析Mohr-Coulomb准则和Hoek-Brown准则,将Mohr-Coulomb中的内聚力和内摩擦角用Hoek-Brown中的内聚力和内摩擦角来代替,将Hoek-Brown强度准则应用于FLAC^3D中,进行开采沉陷数值模拟．结合大柳塔1203综采工作面开采后的岩移观测资料,分别用Mohr-Coulomb准则和Hoek-Brown准则进行数值模拟,对比结果表明,Hoek-Brown准则更能反映实际的地表移动特征,这为FLAC^3D更好地在工程中应用提供了很好的参考．     

基于Drucker-Prager屈服准则的圆形巷道围岩弹塑性分析

考虑不同程度的中间主应力对屈服的影响,以Drucker-Prager屈服准则作为巷道围岩的塑性条件,推算出巷道围岩弹塑性区应力、塑性区半径和位移的解析解。研究表明,中间主应力对塑性区半径和位移的大小以及围岩应力的分布均有重要影响,并且验证了中间主应力效应的区间性。用单因素分析法,分别考虑不同内聚力、内摩擦角、原岩应力和支护阻力情况下,塑性区半径和位移的Drucker-Prager准则解、Mohr-Coulomb准则解和统一强度准则解的变化规律并对其进行比较,分析表明：相同条件下,塑性区半径及位移的Drucker-Prager准则解比Mohr-Coulomb准则解和统一强度准则解大,并且在较高内聚力、较低内摩擦角或较低原岩应力情况下Drucker-Prager准则解接近于Mohr-Coulomb准则解。采用Flac3D进行数值模拟,模拟结果与理论分析结果较为吻合。因此,适当的应用 Drucker-Prager屈服准则将更能保证工程实践的安全性,更具实践价值。     

基于广义Hoek－Brown准则的边坡安全系数间接解法

为了将强度折减法与Hoek－Brown准则相结合,可通过2种方法间接得到安全系数,即直接折减Hoek－Brown参数及计算等效Mohr－Coulomb参数方法.理论分析表明,前者存在一定困难,因此选用后者.首先计算与Hoek－Brown参数对应的等效黏结力和内摩擦角;然后采用位移突变失稳判据,由Mohr－Coulomb强度折减法间接得到广义Hoek－Brown准则下边坡的安全系数.结果表明：间接计算方法方便可行,具有实用价值.     

节理化岩体强度分析与应用

针对露天矿边坡岩体节理化强度的分析与确定,通过实例论述了Hoek—Brown经验破坏准则在节理化岩体强度评价中的应用,详细阐明了Hoek—Brown经验破坏准则在工程实践应用过程中的步骤与使用方法。     

基于MC准则的DP系列准则的巷道围岩塑性分析

考虑不同屈服准则对塑性区的影响,以Mohr-Coulomb屈服准则和Drucker-Prager屈服准则作为巷道围岩的塑性条件,推算出巷道围岩塑性区半径和位移的解析解。研究表明,不同屈服准则对塑性区半径和位移的大小的分布均有重要影响;同时分别考虑不同内聚力、内摩擦角、原岩应力和支护阻力情况下,塑性区半径和位移的Mohr-Coulomb准则解和Drucker-Prager系列准则解的变化规律并对其进行比较。分析表明,相同条件下,塑性区半径及位移的DP3准则解最大,DP1准则解最小,DP2准则解接近于Mohr-Coulomb准则解。     

区段煤柱弹塑性宽度计算及其应用

基于主应力影响的黏性材料SMP屈服准则,分别考虑采空区侧和巷道围岩2种不同受力环境,得出了2种条件下的煤柱宽度的计算公式,同时采用极限平衡理论推出平面应变下煤柱塑性区宽度的理论公式,并通过改变煤体的内摩擦角和内聚力,与以Mohr-Coulomb准则计算所得煤柱塑性区宽度比较表明,采用传统方法未能充分考虑煤体的极限强度,使得煤柱尺寸的设计较为保守,而基于黏性材料的SMP准则下的煤柱宽度计算能很好地符合实际,对于提高矿山开采效率具有显著意义。     

基于Hoek-Brown本构模型的巷道围岩塑性分析

Hoek-Brown准则在岩体破坏分析中综合考虑了岩体结构、岩体强度、采动等多方面的影响,在一定程度上弥补了Mohr-Coulomb准则在岩体破坏分析时的不足,但是由于FLAC3D计算程序中没有明确给出Hoek-Brown计算模型,故无法直接调用Hoek-Brown计算模型,因此只能利用Hoek-Brown准则和Mohr-Coulomb准则转换公式,将Hoek-Brown准则应用到FLAC3D中.结合某巷道具体实例,求出理论解,然后对Hoek-Brown准则和Mohr-Coulomb准则分别进行数值模拟,通过分析结果可以得出Hoek-Brown准则与实际工程应用比较接近,这为FLAC3D在实际工程中的应用提供一个参考.     

基于ANSYS的深部岩体巷道数值模拟的岩体力学参数研究

在岩石工程实践的数值模拟过程中,工程岩体特性参数决定着模拟结果的好坏。根据NMohammand等人得到的实验室测试数据与原位测试的拟合结果,确定了数值模拟中各层岩体的杨氏模量与泊松比,同时,根据Drucker-Prager系列修正屈服准则间的关系,使用适于平面应变条件的D-P屈服准则,确定了数值模拟中各层岩体的粘聚力及内摩擦角。在此基础上,使用大型有限元程序Ansys,以东海煤矿深部开采巷道为例,对深部开采巷道顶底板的稳定性进行数值模拟,在取得巷道变形实测数据后,经比较,所得出的模拟结果与实际相符。     

基于ANSYS的深部岩体巷道数值模拟的岩体力学参数研究

在岩石工程实践的数值模拟过程中,工程岩体特性参数决定着模拟结果的好坏。根据NMohammand等人得到的实验室测试数据与原位测试的拟合结果,确定了数值模拟中各层岩体的杨氏模量与泊松比,同时,根据Drucker-Prager系列修正屈服准则间的关系,使用适于平面应变条件的D-P屈服准则,确定了数值模拟中各层岩体的粘聚力及内摩擦角。在此基础上,使用大型有限元程序Ansys,以东海煤矿深部开采巷道为例,对深部开采巷道顶底板的稳定性进行数值模拟,在取得巷道变形实测数据后,经比较,所得出的模拟结果与实际相符。     

基于复变函数理论的巷道围岩稳定性分析

针对双向不等压直墙半圆拱形巷道围岩塑性区的解析问题,基于Mohr-Coulomb强度准则,通过复变函数中的保角变换的方法将物理平面非圆形弹性区域映射到像平面的单位圆外域进行求解,将确定弹塑性区的交界问题转化为映射函数系数的求解问题。得到巷道围岩应力复变函数解以及巷道围岩塑性区的范围,并通过FLAC^3D数值模拟的手段对理论计算的准确性进行验证分析。研究结果表明：通过复变函数理论能够较为准确地得到直墙半圆拱形巷道塑性区范围的理论计算公式,结合公式可以发现影响直墙半圆拱形巷道围岩塑性区发育的影响因素为巷道断面尺寸（包括巷道宽度,直墙高度以及拱高）、垂直应力、侧压系数、黏聚力以及内摩擦角的大小,将理论应用于工程实例计算分析,采用单因素分析的方法对黏聚力和内摩擦角进行数值模拟分析,提取数值模拟试验的数据,对理论计算和数值模拟水平方向塑性区受黏聚力和内摩擦角影响的范围进行对比和分析。可以得出虽然理论计算与数值模拟的结果存在误差,但已能反映直墙半圆拱形巷道围岩塑性区分布情况,通过研究还发现,当黏聚力和内摩擦角比较小时,巷道呈现“X”形破坏,当黏聚力和内摩擦角增大时,巷道呈现类似...     

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。     

软煤力学参数的一种估算方法

由于软煤难于加工成标准的原煤试样,软煤的力学参数的获取非常困难。通过将散体力学引入煤矿领域,将散体力学试验和Mohr-Coulomb强度准则结合求得软煤的黏聚力c和内摩擦角φ。并通过Mohr-Coulomb强度准则求得软煤的单轴抗压强度,在此基础上结合广义的Hoek-Brown强度准则及地质强度指标GSI估算软煤的其他力学参数。     

三轴条件下改进的Hoek-Brown准则的修正

改进的Hoek-Brown准则可以降低高围压下HB准则过高预测岩石三轴强度的偏差值。然而,该准则在实际应用中仍然存在局限:通过应用大量岩石三轴试验数据验证了该准则中岩石临界状态围压等于单轴抗压强度这个观点并不具有普适性,并得出该准则在围压高于岩石单轴抗压强度时对其预测的三轴强度与试验强度存在较大的偏差,而且该偏差随着围压的增大而增加。为克服改进的HB准则这个应用局限,通过应用岩石临界状态及岩石临界状态系数对该准则进行修正,提出了I-HB准则。应用大量岩石三轴试验数据对I-HB准则的适用性进行验证,结果显示该准则有效地解决了改进的HB准则的应用局限,并且该准则预测的岩石三轴强度与岩石试验强度更一致,证明I-HB准则优越于改进的HB准则。另外,通过与目前岩石力学界认为较好的指数型准则的比较,验证了I-HB准则对岩石三轴强度的预测具有更高的精度。     

船梁子不稳定斜坡的非线性强度折减分析

自20世纪70年代以来,强度折减法逐步被用于评价岩土工程稳定性。对于线性的Mohr-Coulomb准则,由于其抗剪参数的折减物理意义明确,得到了学术界的一致认可。Hoek提出的非线性半经验Hoek-Brown强度准则,也已被岩石工程所广泛应用,然而关于其强度参数的折减,国内外存在着较大的分歧。首先,介绍了非线性强度折减技术的基本理论;然后,在船梁子斜坡稳定性分析中,分别采用非线性强度折减法和极限平衡理论进行计算,并对两种方法得到的边坡安全系数及破坏滑移面进行比较,分析表明,非线性强度折减技术和极限平衡理论结果基本吻合;最后,通过与等效Mohr-Coulomb法的结果对比分析,验证了非线性强度折减法在岩质边坡稳定性分析中的合理性和适用性。     

基于应力梯度理论的锚杆合理预紧力

巷道围岩的稳定性不仅与岩体强度有关,还与围岩应力场梯度密切相关。为研究锚杆在巷道围岩支护中合理支护强度的确定方法,在特定的地质条件中提出合理的预紧力,以连续损伤力学模型为基础并引入材料力学领域中的应力梯度理论,推导出了考虑围岩塑性区与弹性区交界面处的平衡方程和边界条件,建立了基于Mohr-Coulomb准则、Drucker-Prager准则以及Hoek-Brown准则下的围岩应力梯度求解模型;以Mohr-Coulomb准则为例,借助FLAC3D对比出模拟结果与理论计算值吻合度为93%且变化趋势一致,验证了提出的应力梯度求解方式适用性,发现随着锚杆预紧力的增加,巷道围岩的塑性区应力梯度相应增加,弹性区应力梯度不断减小,岩体劣化程度减弱。提出应力补偿系数,模拟计算出不同锚杆预紧力下巷道围岩应力梯度分布规律和支护效果,发现预紧力的变化与巷道围岩的锚固效果呈正相关趋势,塑性区范围随预紧力的增加不断减小,围岩稳定性随应力梯度的增加不断提高,并据此得出了锚杆预紧力与围岩应力梯度的对应补偿关系并提出最优补偿比。在现场实践中对巷道变形控制效果提高40%以上,并且应力梯度补偿系数高于0.65,高于该矿围岩变形安全控制要求,为确定锚杆合理支护强度提供了一种研究思路。     

强度准则对不同岩性破坏强度的适用性研究

对煤岩、砂岩、大理岩和花岗岩的常规三轴试验结果进行分析,以整体平方根误差最小为原则拟合确定了4种强度准则参数,比较各准则对不同岩性的整体拟合效果以及抗压强度预测值与试验值之间的差异。获得以下主要结论：从整体拟合效果考虑,直线型Mohr-Coulomb准则拟合效果最差,非线性的Bieniawski准则和指数强度准则对不同岩性强度的拟合效果具有明显优势;Mohr-Coulomb准则都高估了不同岩性的单轴抗压强度,且对煤岩和砂岩的高估程度达到50%左右,预测结果严重失真,因而不建议采用Mohr-Coulomb准则预测岩石的单轴抗压强度。不同岩性在脆性破坏阶段的非线性特性相差很大,煤岩和砂岩的非线性特性较花岗岩和大理岩的非线性特征显著,在脆性破坏阶段,直线型Mohr-Coulomb准则有低围压低估而高围压高估的特性,Bieniawski准则和指数强度准则预测结果与大量试验数据点相吻合,预测效果最佳;围压影响系数随围压增加整体呈现减小趋势,在低围压范围减小较快,随着围压升高围压影响系数逐渐趋于定值,软岩受围岩影响强度的提高较硬岩显著。     

厚黄土覆盖层条带开采关键层的数值模拟

针对采动过程中上覆岩层的破坏特性, 在数值模拟中对厚黄土层采用莫尔-库仑准则, 对煤岩体采用虎克-布朗准则理论模型, 模拟计算雷坡村庄下开采煤层地表移动变形。根据计算结果, 利用FLAC^3D自定义函数功能, 从煤层顶板的岩层逐层向上, 编程求取主断面上各岩层的下沉值, 利用GRAPHER软件生成直观图形, 从直观图形可以判断出主(亚)关键层的层位。     

考虑工程扰动和地质条件的巷帮极限平衡区分析

基于Hoek-Brown和Mohr-Coulomb强度准则,建立了与工程扰动程度D、岩体地质强度指标GSI相关的非线性岩体强度参数(内摩擦角、黏聚力)表达式,分析了参数D,GSI对内摩擦角和黏聚力的影响变化规律。以巷帮煤岩体处于完整与破碎两种极端条件为例,基于提出的非线性M-C准则,建立了与参数D,GSI有关的巷帮滑移面正应力和极限平衡区宽度方程式,并研究参数D,GSI对极限平衡区的影响。结果表明:参数D越小、GSI越大时,内摩擦角与黏聚力越大,说明岩体完整性越好,非线性岩体强度参数值越大;巷帮滑移面正应力随参数D的增大而减小,随参数GSI的增大而增大;极限平衡区宽度随参数D的增大而增大,随参数GSI的增大而减小。最后,通过工程实例分析,验证了研究成果的合理性。     

非均质岩石单轴压缩试验破坏过程细观模拟及分形特性

为了细观模拟非均质岩石试样单轴压缩试验的破坏过程,提出了一种新的有限元数值模拟方法。该方法以莫尔-库仑破坏准则为基础,将岩石视为非均质和准脆性材料,并假定岩石单元的抗剪强度参数服从正态分布。有限元细观模拟结果表明,岩样非均质性对本构关系曲线形状有显著影响,模拟的应力-应变曲线与试验曲线基本吻合。基于分形几何理论,采用计盒维数方法计算单轴压缩试验不同荷载条件下的岩石破坏分形维数,建立了分形维数与顶部位移之间的非线性演化模型。分形分析研究表明,岩石试样的破坏过程具有分形特性,分形维数可用来定量地表征单轴压缩试验岩样破坏过程。