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准确掌握采空区的三维形态和空间位置是进行采空区稳定性数值模拟的关键。介绍了空区三维激光探测系统（cavity monitoring system,CMS）的基本构成、工作原理及探测方法。结合冬瓜山铜矿采空区的实际情况,在采用CMS准确探测采空区的基础上,应用Surpac建立采空区三维模型和矿区地学三维模型,提出采用数据转换的耦合模式将Surpac与Phase2耦合构建数值计算模型,进行数值模拟计算,根据模拟计算结果对采空区的围岩稳定性进行了分析。研究结果表明,将CMS,Surpac和Phase2三者的优势结合起来,可为岩土工程的稳定性数字模拟研究提供一条新的有效途径。 相似文献
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南水北调中线工程禹州市郭村煤矿采空区地表形成了长1 700 m、宽400 m的移动盆地,采空区上覆岩体为典型的“三带型”（冒落带、断裂带和弯曲带）。通过布设高精度监测网,研究了施工前后采空区地表变形特征,监测结果表明,施工前,采空区地表移动已基本结束,处于稳定状态;施工期间,注浆造成应力重新分布,注浆区域内地表变形有明显振荡,而对注浆区域外的地表影响不大;施工结束后,地表变形均趋于稳定。采用FLAC3D有限差分软件,分别计算了渠道运行期间无渗漏、一般渗漏和严重渗漏3种工况下渠道和采空区变形和应力分布规律。计算结果表明,随着渗漏的严重,竖向位移和影响深度增大,但是增幅减小,最大值可达5.5 cm;影响宽度区域沿着渠道对称分布,均匀增大;水平位移逐步增大,且增幅增大,但最大值为7 mm,影响较小;采空区灌浆加固使应力重新分布,仅在采空区两端产生应力集中,渗漏工况下渠道过水荷载所产生的附加应力与自重应力相比很小,对采空区稳定性影响不显著。 相似文献
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为了准确而有效的掌握条带开采上覆岩层移动机理,采用FLAC3D数值模拟软件,对辽宁省灯塔市西马煤矿北二采区西上岗子村下压12煤采空区上覆岩层变形传播机理进行研究。模拟研究表明,采用FLAC3D软件可以较好地模拟条带开采上覆岩层长期变形特征。通过对各采空区和煤柱顶板及对应地表布设位移测点,得到顶板和地表不同时间段的竖向位移变化曲线。研究结果经分析得到,煤层开采后采空区顶板在自重和上覆岩层作用下,短时间内变形状态仍有较大变化;开采后21个月,各采空区顶板沉降变形开始趋于稳定;24个月后各煤柱顶板沉降变形开始趋于稳定;27个月后地表沉降变形开始趋于稳定;最终,采空区上覆岩层应力分布重新达到平衡。 相似文献
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宁夏石嘴山矿区位于西部黄河流域,其煤矿采空区沉陷导致地表生态和环境问题频发,对其采煤沉陷分析将对西部黄河流域煤矿区的环境修复有一定的积极作用。为研究缓倾斜煤层采空区围岩应力与位移场演化特征,以宁夏石嘴山矿区为对象,基于FLAC3D数值模拟软件,建立缓斜煤层开采三维数值模型,计算分析采空区围岩应力、塑性区及位移变化规律,并基于两时相DEM叠加统计分析地表位移变化,与数值模拟结果进行相互验证。结果表明:地下开采引起应力重分布,采空区顶板及煤柱出现明显的应力集中现象,最大主应力呈现从煤层顶板向地表递减的变化趋势;越靠近采空区顶部的岩层垂直位移越大,随着远离采空区逐渐减少,开采完成后地表垂直位移最大值约12 m;随着采空区面积的不断增大,采空区四周及角隅处塑性区逐步延伸扩大,且以剪切破坏为主;地面沉陷盆地不对称,2个沉降中心均发生在沉陷盆地中部且偏下山方向,下山方向比上山方向影响范围更大;数值模拟计算的沉降量与两时相DEM叠加统计分析的变化量结果及趋势基本一致,研究成果可为煤炭安全开采提供参考依据,为地表沉降监测提供新方法。 相似文献
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采用SURPAC建立了瓮福磷矿穿岩洞矿段采场的三维地质模型,利用接口程序将模型导入FLAC3D对采空区与露采边坡之间的相互影响进行了计算,并在边坡坡顶、坡脚与采空区四周布置了监测点以监测各点应力与位移的变化。计算结果表明:采空区的存在极大地改变了采空区周边与边坡的应力分布;使得采空区周边水平位移出现明显增加,并且改变了采空区位置周边的竖向位移场,对各个采空区之间的区域的影响最为显著,使得回弹量减小;边坡与采空区监测点的应力与位移随着边坡露采的进行出现规律性的变化;采空区的存在极大地改变了岩体塑性区的分布,对于有采空区边坡,塑性区分布范围随着开挖的进行有减小的趋势,但坡面上出现明显的拉伸破坏区,不利于边坡稳定;采空区使得露采边坡的安全系数降低。 相似文献
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煤矿采空区稳定性的影响因素众多,为了更好地解决大型缓倾煤矿采空区稳定性评价问题,通过FLAC 3D有限差分软件对采空区的多种开采工况进行数值模拟,提出了影响该类采空区稳定性的主要因素,并在此基础上采用层次分析法(AHP)进一步确定各影响因素的权重。针对山西中阳县多家煤矿采空区稳定性问题,根据影响因素综合评分表对各个影响因素进行评分赋值,最终计算得到采空区稳定性总得分,由此综合判定采空区稳定性等级。这种稳定性评价方法得出的结果与采空区地表位移变形观测法评价得出的结果相符,研究成果对类似采空区稳定性评价具有重要的借鉴参考意义。 相似文献
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根据煤层开采后影响上覆岩层及地表而产生移动和变形的时间的变化关系定性分析采空区稳定性,而且采用FLAC3D模拟了在施加地面建筑载荷后地表变形情况,确定了采空区需要处理的范围;依据建筑物荷载集度及其重要程度,采用了不同注浆处治对策.通过对采空区上覆岩体的沉降和建筑物沉降监测数据的统计分析,评估了处治效果. 相似文献
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FLAC3D作为ITASCA公司开发的经典岩土数值分析软件,对于复杂三维地质体模型的建立较为困难。本文以甘肃省某滑坡为例,提出以无人机航测影像为基础,采用DJI Terra或者ContextCapture制作可视化三维模型,通过EPS软件提取的等高线在Rhino-griddle平台进行地质体建模,最后将所建模型导入FLAC3D进行稳定性计算,结果表明：基于无人机影像获取的滑坡地形建模与实际地形、地质结构等吻合度极高,能够很好的解决FLAC3D前期建模困难的问题,基于FLAC3D的强度折减法稳定性分析计算结果与滑坡现场实际变形情况基本一致,即将无人机航测应用于复杂三维地质体建模及模型稳定性分析的方法实现了对滑坡发展趋势的快速评价,能够为滑坡等地质灾害的快速、精细化调查与应急分析提供参考。 相似文献
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金属矿山采空区群形成过程中围岩扰动规律研究 总被引：1，自引：0，他引：1
以石人沟铁矿为工程背景,选取典型矿段,采用相似材料模型试验和数值模拟计算相结合的方法,对该区域内采空区群形成过程中围岩的应力应变的演变规律进行研究。首先,利用相似材料试验,对采空区顶板的应力和位移以及矿柱的应力演变规律进行系统分析。然后,用数值模拟软件,对采空区群形成过程中开采对围岩的扰动范围进行系统研究。研究结果表明,在采空区群形成过程中,围岩应力-应变演变规律与采空区单独开采差异较大,每个采空区的围岩应力应变始终处于动态变化中,尤其是处于群区域中间部位的采空区,该处围岩的应力-应变状态也是最差的。群区域中,由开采对围岩造成的扰动较单独开采时急剧增大,且最终的影响范围并不是单独开采的简单相加,说明在区域内形成一种采空区的“群效应”,加剧采空区的危险程度。 相似文献
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采空区稳定性的问题由来已久,但目前对采空区的整体稳定性评价结论几乎仍停留在定性层面上,特别是对于条件复杂的大规模地下矿山采空区,若能将其量化则在很大程度上将会对矿山安全提供一定的保障。针对大规模采空区稳定性的难题,在数值模拟的基础上引入采空区破坏概率的概念试图解决这一问题。在FLAC3D后处理的过程中,结合统计学中概率的基本原理,利用Excel的风险分析插件@Risk对FLAC3D网格单元的计算结果进行统计分析,并以95%的置信区间为准,从主应力、剪切破坏判据Fs以及弹性应变能等方面深入研究分析采空区的破坏概率,进而将采空区稳定性问题得以量化,同时得出了大量岩石网格单元主应力和弹性应变能分布服从韦布尔分布(Weibull)和对数正态分布(lognorm)的规律。量化不仅解决了空区稳定性的问题,也将为数值模拟开拓更为广阔的应用空间。 相似文献
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为研究深部煤层开采底板破坏形态,提出考虑围岩应变软化和采空区接触的FLAC3D有限差分数值方法,以河北开平煤田林西矿2023工作面底板实测导水裂隙带为工程背景,结合朗肯土压力理论定性分析,研究深部煤层底板破坏特征。结果表明:采用应变软化本构关系代替常用摩尔–库伦本构关系能够对围岩塑性破坏后的力学状态更准确表述;采用“应变软化–空–弹性”模型转变的方法,达到模拟采空区顶板垮落后应力传递的效果,弥补了以往煤层开采模拟中采空区垮落后顶底板不接触的固有缺陷;通过采空区顶底板接触与否条件下应力、位移的对比,发现采空区是否接触对数值结果影响巨大,突出考虑采空区接触的必要性;根据模拟结果中塑性剪切应变率的变化,实现了底板滑移面的三维显示,形态为斜向采空区的半包围面状结构;结合朗肯土压力理论将底板塑性区与主动区、过渡区和被动区对应,3个区破坏形式分别为剪切破坏、剪切破坏、拉张与剪切的交互破坏。提出的考虑围岩应变软化及采空区接触的FLAC3D数值方法对煤层开采模拟实现了优化,并可为其他大变形后需考虑接触的工程模拟提供参考。 相似文献
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采矿巷道围岩变形机制数值模拟研究 总被引：6，自引：0，他引：6
研究了大冶铁矿龙洞-62 m、-74 m水平采矿巷道开挖后的二次应力分布及巷道变形机制。首先根据现场工程地质勘查和室内岩石力学试验对巷道围岩进行了工程地质分组和岩石力学参数确定;在此基础上运用FLAC3D数值模拟软件研究了巷道开挖后的应力应变状态,分析了围岩变形机制;并根据-74 m水平采矿巷道的收敛监测数据对比验证了数值模拟结果。研究结果表明,围岩条件不同的采矿巷道其二次应力分布影响范围有所差异,但围岩主应力总体上表现为由巷道边墙中下部位的压应力集中带逐步过渡到拱顶、底板一定范围内的拉应力集中带。 相似文献
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复杂矿区三维地质可视化及数值模型构建 总被引：4，自引：3，他引：1
复杂三维地质可视化和数值模型的构建是采矿、岩土及水利水电工程中常常遇到的关键问题。针对数值模拟软件在复杂矿区地质体模型构建及单元网格划分等前处理问题上存在的不直观、工作量大等缺点,结合矿业软件在复杂三维地质体建模的强大优势,在研究线框模型和块体模型差异的基础上,提出了基于线框模型的复杂矿区三维地质可视化及数值模型构建技术。根据线框模型特点不同,以地表和采空区模型为型,分别阐述了基于Surpac的表面模型和实体模型无缝转换成MIDAS/GTS数值模型的有效方法,并将该技术成功应用于冬瓜山铜矿复杂采空区群围岩稳定性研究中。结果表明,该方法是可行、有效的,从而为矿山开采设计、安全分析及复杂地质体结构的岩土工程数值模拟分析提供了一种新的建模方法。 相似文献
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针对直接采用FLAC3D编制复杂开挖过程力学仿真程序所遇到的困难,开发了FLAC3D力学仿真程序代码生成系统(generating code system,简称GCS)。介绍了如何利用矿用地质软件Surpac,按空间、次序、结构功能及工程地质体属性对复杂开挖过程进行剖分,形成可编程的组件;着重解决了模型单元质心定位、单元捕捉、重组和应用程序变量到FLAC3D变量、函数、语句、数据结构之间映射等问题;使用VC++开发并给出了一个特定回采开挖过程的FLAC3D力学仿真代码生成系统实例,该应用程序以模型单元数据库为数据源,通过一系列与用户交互的页面,由用户对回采开挖过程所需步骤和参数进行选择和确认,并将这些步骤和参数传递给仿真代码生成系统,由系统自动完成FLAC3D力学仿真代码的生成。FLAC3D力学仿真程序代码生成系统架起了地质三维几何造型软件与三维计算软件之间的桥梁,可大大提高编制FLAC3D三维力学仿真代码的效率,降低程序编制的出错率,有利于应用FLAC3D软件更为深广地解决复杂岩土开挖过程中的力学问题。 相似文献
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FLAC3D平台下前处理阶段复杂地质体三维数值计算模型的建立一直是岩土工程数值模拟工作者面临的难题,而三维激光扫描技术在获取复杂物体的精细空间数据的方面具有独特的优势。因此,本文提出以逆向工程为过渡平台实现复杂三维地质体FLAC3D数值模型的构建。利用三维激光扫描技术精细几何数据的获取功能,对复杂三维地质体空间形状几何信息进行提取;利用Geomagic Studio良好的点云数据处理及曲面建模功能,准确地重构了复杂地质体的CAD曲面模型;利用Hypermesh强大的几何处理能力及网格划分能力,将复杂地质体的CAD曲面模型进行实体化和网格化;最后由FLAC3D软件内嵌的Fish语言编制的文件转换为FLAC3D能够识别的文件格式,从而实现了该软件前处理过程中复杂三维地质模型的高效、精准的建立。结合工程实例,对该方法的可行性与仿真效果进行了检验。结果表明该方法具有方便、快捷、合理且实用性强的优点。 相似文献