巷道围岩渗流场和应力场各向异性特征分析及应用

依托范各庄煤矿12号煤层底板的砂岩巷道工程实际,应用岩体结构面非接触测量（ShapeMetriX3D）系统,对巷道开挖面进行岩体结构面数字摄影测量及识别,得到岩体结构面的几何分布参数;在此基础上,利用Mont-Carlo方法生成裂隙网络,分别利用离散介质渗流方法和几何损伤理论计算岩体的渗透张量和弹性张量,研究了岩体力学参数各向异性和尺度效应;最后,建立了平面应变情况下的巷道围岩各向异性渗流力学模型,采用COMSOL Multiphysics多物理场分析软件,计算得到了可以考虑节理分布特征的巷道围岩应力场和渗流场,并讨论了岩体力学性质主方向对围岩应力场、渗流场及损伤区的影响。研究表明,岩体的各向异性对数值模拟结果影响显著,等效连续介质的各向异性模型能考虑岩体结构面的影响,更符合工程实际。     

渗流场——应力场耦合分析

首先分析了渗流场与应力场耦合问题的现状，以Louis耦合关系式建立的等效渗流场与应力场耦合数学模型的混合分析方法进行数值分析；最后以该模型分析验证了某库岸边坡的耦合应力场。     

采动应力场与瓦斯渗流场耦合理论研究现状及趋势

随着高强度开采方法的广泛应用,采动应力场与渗流场耦合理论的研究成为国内外研究的热点,通过对国内外相关文献的整理与分析,从采动围岩应力场、裂隙场演化规律、瓦斯渗流理论等方面进行了论述,展望了高强度开采应力场与瓦斯渗流场耦合理论的研究方向和有关发展趋势。高强度开采条件下将应力场与瓦斯渗流场耦合研究是高强度开采条件下保证煤矿安全开采的客观要求,也是解决实际工程中瓦斯安全问题重要的理论基础,对工程实践具有指导意义。     

多孔介质渗流场数值模拟分析

通过比较渗流场与温度场的相似性,论证了利用温度场模拟渗流场的可行性。对于给定的有限元计算模型,利用ANSYS中的APDL参数化语言完成对材料参数与属性的赋值。模拟出渗流场的渗透压及渗流速度的断面分布,根据模拟出的断面流量,计算出等效渗透率,并得出等效渗透率与孔隙率之间的关系。     

矿体与巷道的渗流场与应力场分析

渗流场与应力场的分布对矿体和巷道的结构稳定有重要的影响。利用ANSYS热分析功能来比拟渗流场,分析了矿体和巷道的渗流场与应力场分布。模拟结果表明,矿体考虑了渗流场的影响后,应力场有所增加。巷道最大应力区域出现在巷道两侧,得出巷道的破坏往往最先发生在巷道的两个肩与两底角的结论。     

矿体与巷道的渗流场与应力场分析

渗流场与应力场的分布对矿体和巷道的结构稳定有重要的影响。利用ANSYS热分析功能来比拟渗流场,分析了矿体和巷道的渗流场与应力场分布。模拟结果表明,矿体考虑了渗流场的影响后,应力场有所增加。巷道最大应力区域出现在巷道两侧,得出巷道的破坏往往最先发生在巷道的两个肩与两底角的结论。     

鸡冠山金矿边坡岩体裂隙含水介质渗流场边界元法分析

渗流场分析是坡稳定性计算中不可缺少的部分。本文采用边界元方法对鸡冠山金矿边坡岩体中的地下水渗流场进行了分析,为稳定性评价提供了可靠的参数     

露天采空区排尾的渗流场与应力场耦合分析

露天转地下矿山利用露天采空区排尾时,渗流场和应力场的相互影响导致地下开采矿房顶板稳定分析的复杂化。采用有限元软件模拟技术手段,分析、总结了不同采掘条件和排尾条件下露天采空区的渗流场和应力场分布规律,并对渗流场和应力场进行了耦合分析。耦合分析结果表明,当最大排尾高度为40 m时,地下矿房的顶板是稳定的。     

崩落回填区渗流场与应力场耦合有限元分析

以金山店铁矿崩落回填区为例,建立了崩落回填区渗流与应力耦合的数学模型,分析了渗流场与应力场耦合特性。模拟结果表明：在巷道附近渗流速度较大时,通过巷道边界的渗流量为1.3×10-3 m3/（s.m）;考虑耦合比不考虑耦合总水头值总体上是减小的,特别是在底部区域,影响更为明显;耦合对应力场也有一定的影响;总水头值随着耦合系数β的增加而逐渐减小。     

尾矿坝渗流-应力耦合场的有限元分析

尾矿坝作为典型颗粒堆积多孔介质,其安全稳定运行对矿山的生产关系重大。建立了尾矿坝渗流与应力耦合的数学模型,以金山店锡冶山尾矿坝为例,分析了正常运行的工况下渗流与应力场的耦合特性,得出浸润线、变形场及应力场等尾矿坝的重要指标。通过模拟分析发现,考虑耦合情况比不考虑耦合场的渗流量增加约2%,且渗流对应力场的影响较大,由渗流所产生的渗流体积力占总应力的10%~20%。据此可全面直观地了解尾矿坝在各运行工况下的信息,为尾矿坝的稳定性分析及日常维护提供了理论依据。     

影响尾矿库渗流场的因素及降低浸润线的措施

采用有限元分析方法,定性分析了初期坝排渗能力、尾矿堆积坝干滩长度、坝内各层渗透系数之比以及尾矿堆积坝下游坡比等因素对坝体浸润线的影响程度以及降低浸润线的措施,从而为尾矿库的设计、施工、运营提供了重要的技术依据,对保证尾矿库的安全运行意义重大。     

真空渗流场的形成机理探讨

软基在“真空预压”法处理过程中的固结,不是因其所谓的“真空荷载”进行“预压”所致,而是因“真空渗流场”的形成并在其作用下产生“渗透固结”所致。全文详细探讨了“真空渗流场”的形成机理,包括该场中孔隙水运动的物理模型和土体固结的物理模型。在对土体固结模型探讨的过程中,首次将“有效应力”的概念扩展成“竖直向”有效应力和“水平向”有效应力两种,并在此基础上提出了“双弹簧固结模型”。从有效应力发展过程的角度探讨“真空渗流场”的形成过程时,发现该模型能较好地符合“真空预压”对软基的作用实质。     

大跨度双连拱隧道开挖渗流场特征研究

连拱隧道特殊的结构型式导致了连拱隧道在渗漏水防治方面存在较大的困难,对大跨度的连拱隧道而言,这种现象尤为突出。要研究地下水在连拱隧道中的渗漏,首先要研究连拱隧道施工过程(开挖步骤)对渗流场的影响。文中对南京九华山大跨度双连拱隧道所在工程区的工程地质及水文地质特征进行了分析,根据场地岩体的基本性质,采用二维渗流分析方法,对九华山隧道在不同开挖(加固)步骤中的渗流场特征进行了详细的研究,得出在不同开挖步骤中隧道围岩的渗透压力及渗透梯度,指出渗透压力及渗流速度较大的部位,为隧道及时加固以及防排水设计提供理论基础。     

基坑防渗体局部失效渗流场变化特征

采用三维有限元方法分析了基坑开挖工程在防渗体出现局部失效情况下,引起渗流在失效部位的集中及渗流场空间状况.提出了以一维通道嵌入三维块体的方法模拟管涌发展过程及渗流场变化特征.讨论了管涌通道渗透性对基坑管涌发展规律的影响.     

基于有限元法的土石坝渗流特性及防渗效果研究

土石坝的渗流控制是保证尾矿库坝体安全的一项重要措施,也是病险尾矿库整治的主要内容之一。以某矿山病险尾矿库土石坝工程为对象,采用有限单元法,揭示施加塑性防渗墙前后坝体及坝基渗流情况,对比加固前后坝体渗流量和测压管水头的变化,分析了防渗墙加固方案的必要性和合理性,研究成果为土石坝除险加固的设计施工提供了参考依据。     

尾矿库渗流场计算的改进有限元法

在传统的变动网格法基础上,提出了尾矿库渗流场的改进有限元分析方法。该方法与变动网格法的区别在于,具体计算时将整个坝体作为渗流区域,不需要首先假定自由液面,只需要假定逸出点的高程;网格划分可对整个坝体进行,只是在渗流逸出点附近要细化网格尺寸;在迭代过程中不用考虑渗流区域内的网格调整,只需对逸出点附近的网格进行局部修正。计算结束后得到的渗流场孔隙水压力为零的各点的连线即为浸润线。工程实例进一步验证了该方法的正确性。     

自然邻点插值在渗流场/应力场构造中的应用

计算渗流场或初始地应力场的网格一般要比实际结构分析的网格大，因此结构分析时需要将大网格中的渗流场或初始地应力场转换到小的结构分析网格中。若有大网格信息，就可以利用有限元形函数进行转换。但有时只有大网格结点坐标和相应的物理量，此时一般采用加权平均法进行转换，这种转换的精度不是太高。自然邻点插值法是基于给定结点的Voronoi图，通过自然邻点的坐标值构造插值函数，因此特别适合只有结点坐标和相应的物理量，而要将其应用于另一种网格模型的情况。给出了两种自然邻点插值的构造方式及其具体实现步骤。算例表明采用自然邻点插值构造场的精度很高。