煤矿井下地质构造与地应力的关系

在分析总结地质构造与地应力方向关系的基础上,采用有限差分数值模拟软件FLAC^3D,建立了分析褶曲、断层等常见地质构造的数值模型.分析了地质构造附近岩层位移、应力场分布特征与变化规律,以及岩层破坏状况,模拟结果与理论分析相一致.     

地应力对岩体爆破影响的数值模拟

将无限大岩体内柱状药包爆破简化为平面应变问题,基于双线性随动硬化屈服理论,采用ANSYS/ LS-DYNA对爆破过程进行模拟,研究垂直炮孔方向的双向地应力场对裂纹扩展规律的影响。模拟结果表明：双向等压下,裂纹区形状为圆形,其面积随地应力增大而非线性减小,但裂纹密度增大,给出了裂纹区面积与压应力之间的定量关系;而双向不等压情况下,裂纹区形状为近似椭圆形,长轴出现在较大压应力作用方向,短轴出现在较小压应力作用方向,在较小压应力不变的情况下,随着较大压应力增大,长轴先增大后减小,短轴减小,裂纹区面积先增加后减小,呈非单调变化。     

复杂地应力井下开采岩体变形规律研究

复杂地应力作用下的千枚岩岩体变形规律复杂,工程岩体问题多。研究复杂地应力作用下岩体变形规律,为解决相关工程问题提供理论依据和技术支持。根据某矿区的应力分布及岩体力学参数,构建三维模型及数值分析模型,设计了6个模拟方案,分析各个监测点的X、Y、Z轴向位移、应力。显示大多数点的位移值都大于变形临界值,在550～600 m中段的综合位移最大,与该区域首先出现裂隙相吻合。掌握了该矿区的岩体变形规律,针对竖井井壁裂纹、地表露天边坡滑动等灾害,制定了长锚索加固、废石充填处理、削坡减载治理方案,指导矿山企业正常生产。     

不同地应力条件下锚杆支护机制数值模拟分析

利用ANSYS有限元软件,编制开发了锚 以护设计计算机辅助设计系统（ANSYSBOLT）,分析了不同地应力条件下合理的锚杆支护结构,提出了在高水平应力条件下,巷道的破坏是扭曲变形破坏,应主要加固顶底板,控制巷道扭曲变形。     

煤层厚度局部变化区域地应力场分布的数值模拟

根据地应力场测量和矿压观测，在煤层厚度变化的局部区域往往会发生构造应力异常现象，本文利用有限元数值模拟方法，再现了这一现象，尤其在煤层局部变薄区域，垂直地应力会发生增大现象，即应力集中现象。数值模拟表明，当正常厚度为4m的煤层在10m的长度范围内，变为局部厚度为1．6m时，其应力集中系数可达1．68，这将给冲击矿压防治和采场矿压控制提供理论依据。     

煤矿井下地质构造对地应力场影响的研究

通过构建煤矿区三维地质模型,采用有限差分数值模拟软件FLAC~(3D)研究了煤矿井下地质构造对地应力分布的影响。结果表明:向斜构造和断层带均对地应力分布产生了比较大的影响。其中,向斜构造核部是水平应力集中区,并且煤层顶底板相比煤层内部应力集中程度更大。断层核心带由于岩体松软破碎,成为应力松弛区,不利于水平应力积累;但在断层两端部产生应力集中区,从断层中部到断层端部再到远离断层区域地应力场呈现“小-大-原”的分布趋势。     

石门揭煤地应力数值模拟

地应力的变化对于石门揭煤的影响至关重要。针对某矿石门揭煤的过程,利用FLAC3D软件对地应力的变化进行了数值模拟,从应力场和位移场两个方面分析了高瓦斯煤岩体的破裂演化过程,得出了地应力在揭煤过程中的变化规律,并分析了地应力的变化对瓦斯突出的影响,为该矿采取有效的预防突出措施提供了依据。     

地应力下岩石多孔爆破损伤演化数值模拟

为研究地应力作用下岩石多孔爆破裂纹扩展机理,基于LS-DYNA软件,讨论不同地应力下岩石孔间裂纹扩展与演化过程。结果表明：在各向同性地应力作用下,岩石爆生裂纹的扩展与演化会受到抑制,且抑制作用随地应力水平的提高而增强。裂纹的分布形态呈现各向同性的特征,各向同性地应力仅影响爆生裂纹的发育长度,主裂纹的扩展方向保持不变。在各向异性地应力作用下,爆生裂纹倾向于沿最大主应力方向演化。当岩体开挖方向与最大主应力方向一致时,地应力的抑制作用有利于保护预留岩体不受损伤。减小孔间距、孔内放置水袋和采用高爆速、高爆压的炸药均有利于实现高地应力作用下的孔间裂纹贯穿。水作为耦合介质所占比例从0提高到66%时,压碎区范围扩大了62%,裂纹数量增多;从66%提高到100%时,压碎区范围、裂纹数量无明显变化。其中,后两种方法有利于提高爆破致裂的效果,孔间裂隙发育更完全。     

构造应力场数值模拟方法

构造应力场的数值模拟是地质动力区划方法的重要组成部分，为此，本文开发了两个程序、一个是有限元程序。用于水平剖面应力计算。一个是边界元程序，用于铅直剖面应力计算，在中俄专家用地形图等综合方法确定出的矿区断块系统及最大主应力方向的基础上，对东北某矿区构造应力场进行了数值模拟，划分出了高应力区。     

裂隙岩体巷道围岩稳定性模拟研究

首先分析了某矿山的工程地质条件及构造裂隙分布情况,并对关键区域岩体结构进行研究。采用数值模拟手段研究了裂隙岩体在开挖及回采条件下的应力变化及围岩变形规律,分析得到不同采掘阶段无底柱分段崩落法对裂隙岩体围岩稳定性的影响。     

岩体崩落机理的数值模拟研究

利用三维有限元法对铜矿峪铜矿５号矿体和程潮铁矿岩体崩落机理进行研究，探讨了不同削弱工程地采场应力分布的影响，得出了岩体削弱后的崩落机理，同时对初始拉底面积进行分析。     

深部岩体岩芯饼化特征分析与原岩应力计算研究

以三山岛金矿地质勘探钻孔岩芯饼化现象为背景,详述饼化破坏特征,结合国内外多种推算地应力的理论计算公式,与现场岩芯饼化厚度进行大量对比计算,并基于矿区多个水平的地应力测量和岩石试验结果,得出了岩芯饼化薄饼与厚饼推算地应力的优势公式。通过3DEC数值模拟软件结合前期地应力测量成果模拟了钻孔过程以及岩芯根桩的应力分布,依据应力分区和优势公式推算了岩芯根桩不同应力分区的岩芯饼化厚度。区域Ⅰ,最大主应力为82～83.6 MPa,饼化厚度为7.7～7.9 mm;区域Ⅱ,最大主应力为80～82 MPa,饼化厚度为7.9～8.36 mm;区域Ⅲ,最大主应力为76～78 MPa,饼化厚度为8.79～931 mm。通过数值模拟兼理论计算获得的岩芯饼化厚度与现场实测误差在2 mm以内,为岩芯饼化现象研究提供了有益思路。     

数值模拟采空区冒落拱技术与研究

以赣南画眉坳钨矿554m中段空区为工程背景,通过现场地质调查以及岩石力学实验,结合ANSYS软件和弹塑性理论,成功地建立了两种冒落拱的模型以及采场的实体模型,为赣南钨矿地应力的控制以及空区的处理提供了理论依据与研究思路。     

不同地应力条件下巷道围岩松动圈演化研究

基于Mohr-Coulomb准则,建立考虑不同侧压系数条件下的巷道围岩松动圈理论计算模型,结合工 程算例对不同侧压系数的地应力条件下圆形巷道围岩松动圈范围进行了求解分析;采用数值模拟 方法对巷道开挖的松动圈范围进行了计算,并与理论求解结果进行了对比分析。结果表明：①当侧压力系数λ=1时巷道围岩的塑性松动圈为圆形,且松动圈半径随地应力的增大而增大。② 不同侧压力系数条件下巷道松动圈范围有所变化。顶底板围岩松动范围随λ的增大而增大。 而当λ＜1.0时巷道两侧壁松动范围随λ增大而减小,λ＞1.0时随λ增大呈增 大趋势,但整体上的变化量不大。③通过理论计算与数值模拟得出的松动圈分布规律基本一致。     

基于离散元的节理硐室围岩数值模拟

节理产状及其力学性能决定了岩体的完整状态,对硐室围岩整体稳定具有重要影响。考虑硐室建设过程中原岩应力释放率、节理间距、节理倾角及硐室埋深4个因素,采用离散元UDEC程序模拟了节理硐室围岩和支护结构受力状态。结果表明：①随着原岩应力释放率的增加,衬砌结构承担的荷载趋于减小,当释放率达到某一极限值时,会引起上覆岩体节理面整体错动、垮落,衬砌结构主要承载部位由仰拱向拱顶转移;②节理间距的增大增强了岩体的完整性,有助于增强岩体自身承载性能,提高围岩整体稳定;③节理倾角决定了衬砌结构主要受力部位;④随着埋深的增加衬砌结构内力及屈服单元数量总体呈增大趋势。     

弹性与非线性状态下层状岩石高温热应力场数值对比分析

在考虑层状岩石热力学参数随温度变化以及温度作用下岩石的热弹塑性本构方程的基础下,利用有限元软件ANSYS对煤炭地下气化高温作用下煤层顶底板的温度场和应力场进行了研究,对比了弹性状态和弹塑性状态下的岩石的应力场分布情况。通过对比分析发现,当温度达到300℃以上时,线弹性状态与弹塑性状态下得到热应力之间的误差为30%,1000℃以上误差接近100%。这充分说明在高温情况下不能忽略岩石的非线性特性,否则温度的升高会使地下工程中岩石计算应力与实际情况产生很大差异。     

半圆拱形巷道围岩应力分布规律的研究

运用数值分析软件和有限元法的基本原理,对半圆拱形巷道在不同的侧压系数条件下的围岩应力状态进行数值模拟和分析,总结了半圆拱形巷道围岩应力的一些分布规律,巷道周边环向应力随原岩侧压系数变化的线性关系,确定了环向拉应力产生时侧压系数的关键值.     

基于有限单元技术的紫金山金铜矿区地应力场反演分析

根据紫金山金铜矿区的地应力实测资料以及矿区的地质构造条件,运用有限元技术建立了地应力场的多元回归模型,通过实测点地应力值用逐步回归分析方法求出回归系数,较为准确地反演矿区地应力场,得到了紫金山金铜矿区地应力场的分布规律;这对研究矿山露天地下联合开采过程中的露天矿边坡稳定性、地下采矿方法和开采顺序等有重要的意义。