基于應(yīng)力邊界法厚大礦體采場(chǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)數(shù)值模擬優(yōu)化研究.pdf

1、隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，數(shù)值模擬仿真分析已廣泛用于巖土及地下工程的研究和設(shè)計(jì)中，其費(fèi)用比物理模型低，且能定量地計(jì)算和分析回采過(guò)程中采場(chǎng)圍巖中的應(yīng)力大小、位移變化規(guī)律和塑性區(qū)發(fā)展情況，確定它們每步回采的動(dòng)態(tài)變化過(guò)程，從而對(duì)采場(chǎng)圍巖的穩(wěn)定性狀態(tài)作出判斷。 數(shù)值模擬的初始地應(yīng)力場(chǎng)是否與實(shí)際地應(yīng)力場(chǎng)吻合，是決定地下工程數(shù)值模擬是否成功的基本條件。雖然現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)是提供地應(yīng)力資料最直接的方法，但是各測(cè)點(diǎn)的測(cè)量成果僅反映了測(cè)點(diǎn)局部應(yīng)力場(chǎng)特征，

2、然而，在工程現(xiàn)場(chǎng)由于場(chǎng)地和經(jīng)費(fèi)等原因，不可能大面積進(jìn)行實(shí)測(cè)。本文以吳莊鐵礦為研究對(duì)象，完成的主要工作有： 1、對(duì)采場(chǎng)圍巖破壞機(jī)理及失穩(wěn)判據(jù)進(jìn)行了闡述，并對(duì)目前比較常用的圍巖強(qiáng)度判據(jù)、容許極限位移量以及塑性區(qū)的是否相互貫通三種判據(jù)進(jìn)行了分析。因?yàn)橛绊懖蓤?chǎng)圍巖穩(wěn)定性的因素眾多，關(guān)系錯(cuò)綜復(fù)雜，本文采用三種判據(jù)對(duì)采場(chǎng)圍巖穩(wěn)定性進(jìn)行綜合判斷。 2、根據(jù)工程區(qū)域內(nèi)有限的地應(yīng)力觀測(cè)值，并結(jié)合地形、地貌資料，采用了應(yīng)力邊界法對(duì)初始地應(yīng)力

3、場(chǎng)進(jìn)行擬合。應(yīng)力邊界法為FLAC3d模擬巖土工程的初始地應(yīng)力場(chǎng)提供了新的思路，即在形成初始地應(yīng)力場(chǎng)過(guò)程中，計(jì)算模型不設(shè)速度邊界條件，僅在模型表面根據(jù)地應(yīng)力觀測(cè)值施加應(yīng)力邊界條件并保持恒定。 3、在初始地應(yīng)力場(chǎng)計(jì)算過(guò)程中，分析了彈性一步求解法的不妥之處，本文提出了采用分階段彈塑性?xún)刹襟E求解法生成初始地應(yīng)力場(chǎng)。該方法在應(yīng)力初始化過(guò)程中具有很大的靈活性，得到的初始地應(yīng)力場(chǎng)也更符合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際。 4、通過(guò)上述數(shù)值模擬方法反演得到的初

4、始地應(yīng)力場(chǎng)，對(duì)30種不同采場(chǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)方案進(jìn)行了大量的數(shù)值模擬計(jì)算，并對(duì)回采過(guò)程中采場(chǎng)圍巖應(yīng)力、位移變化規(guī)律及塑性區(qū)分布情況進(jìn)行了詳細(xì)的分析比較。 5、根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果，繪出了采場(chǎng)跨度與頂板拉應(yīng)力之間、采場(chǎng)長(zhǎng)度與頂板拉應(yīng)力之間的關(guān)系曲線(xiàn)以及它們對(duì)頂板巖層拉應(yīng)力的聯(lián)合影響曲面。研究結(jié)果表明：采場(chǎng)跨度對(duì)采場(chǎng)頂板巖層穩(wěn)定性的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于采場(chǎng)長(zhǎng)度。采場(chǎng)頂板的暴露面積大小不是決定采場(chǎng)頂板巖層的穩(wěn)定性的惟一因素，頂板暴露面的形狀對(duì)頂板巖層穩(wěn)定