基于 ArcGIS 与 FLAC3D 的矿山边坡三维可视化与数值模拟耦合研究
基于FLAC_3D_软件的露天矿边坡稳定性分析与研究
图 3 模型 20 竖直方向应力图
图 4 模型 20 水平方向应力图
图 2 模型 20 的最大不平衡力收敛曲线
［2］陈高峰，卢应发.边坡稳定性影响因素组成成分分析［J］. 金属矿山，2008.
［3］王浩.边坡稳定性影响因素及评价方法［J］.黑龙江交通 科技，2011.
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矿技术，2011. ［9］E vert Hoek John Bray. Rock Slope Engineering. London:
Traps.Institution of Mining and Metallurgy，1981. ［10］Dawson E M ，Roth W H ，Drescher A.Slope sTability
采矿工程
露天采矿技术 20天矿边坡稳定性分析与研究
白润才，王志鹏，王喜贤
（辽宁工程技术大学矿业学院，辽宁 阜新 123000）
摘 要：采用 FLAC3D 对露天矿边坡稳定性的数值模拟，阐明了边坡岩体应力场的演变规律，揭示了研究
区非工作帮边坡的滑坡机理，确定了滑坡模式。结果表明，滑坡模式为沿“圆弧滑面”滑动。基于 FLAC3D 的强
由位移图来看，非工作帮的边坡滑移主要在边坡 （下转第 5 页）
FLAC3D软件建立边坡的三维数值模型分析
FLAC3D软件建立边坡的三维数值模型分析结合FLAC3D软件的优点，以某公路工程的边坡为例，对FLAC3D软件在建立边坡三维数值模型中的应用进行了分析和探讨。
标签：FLAC3D软件边坡三维数值模型0前言对于公路工程而言，边坡的稳定性直接影响着工程施工的顺利进行，影响着整个工程的施工质量，在工程中的作用是十分巨大的。
影响边坡稳定性的因素是多种多样的，运用FLAC3D软件，结合相应的岩土勘察参数，可以建立边坡的三维数值模型，从而方便对边坡的应力场分布规律以及最大不平衡力的收敛情况进行分析，以实现对边坡的加固。
1 FLAC3D软件概述FLAC3D是二维的有限差分程序FLAC2D的护展，能够进行土质、岩石和其它材料的三维结构受力特性模拟和塑性流动分析。
FLAC3D采用了显式拉格朗日算法以及混合离散分区技术，可以非常准确地对材料的塑性破坏和流动进行模拟。
由于不需要形成刚度矩阵，可以在较小的内存空间中，求解大氛围的三维问题。
FLAC3D的优点包括以下几个方面：（1）混合离散法的应用，相比于有限元法中常用的离散集成法更加准确，更加合理；（2）采用动态运动方程实现对于静态系统的模拟，在模拟物理上的不稳定过程不存在数值上的障碍；（3）采用了“显式解”方案。
因此，显式解方案对非线性的应力-应变关系的求解所花费的时间，几乎与线性本构关系相同，而隐式求解方案将会花费较长的时间求解非线性问题。
而且，它没有必要存储刚度矩阵，这就意味着；采用中等容量的内存可以求解多单元结构；模拟大变形问题并不比小变形问题多消耗更多的计算时间，因为没有任何刚度矩阵要被修改。
2 FLAC3D软件建立边坡的三维数值模型2.1工程概况某城乡高速通道全长21km，从山林地区穿行，与该地区的一条河流并行，公路整体边坡呈岩质，部分路段为土质边坡。
受公路自身承载力等因素的影响，边坡工程出现了风化、滑坡等病害，严重影响了公路的行车安全，需要引起相关人员的重视和研究。
基于CAD与ANSYS的FLAC_3D_边坡模拟分析(1)
邮局订阅号：82-946360元/年技术创新软件时空《PLC 技术应用200例》您的论文得到两院院士关注基于CAD 与ANSYS 的FLAC 3D 边坡模拟分析The simulation analysis of slope by FLAC 3D based on CAD and ANSYS(辽宁工程技术大学)田树昆曹兰柱TIAN Shu-kun CAO Lan-zhu摘要:FLAC 3D 自带的FISH 语言虽然可以完成复杂模型的建立,但是需要耗费大量时间,同时采用FISH 语言生成复杂模型比较困难,因此提出了一种快速建模方法,即以AutoCAD 与ANSYS 为基础建立FLAC 3D 模型。
采用AutoCAD 及VBA 二次开发程序进行基础数据预处理,在ANSYS 中完成复杂模型建立、材料属性定义、网格划分,并通过ANSYS_TO_FLAC 3D 接口程序,实现FLAC 3D 复杂模型的快速建立。
通过露天矿边坡三维模型的建立与数值模拟分析,验证了该方法的快速性、有效性及可行性。
该方法是综合应用不同程序的优点解决复杂工程地质问题的典型范例。
关键词:数值分析;接口程序;模型转换中图分类号:TP391.9文献标识码:BAbstract:Although it can complete complex model by FISH which in FLAC 3D ,but need to spend a lot of time.At the same time gen -erate complex models using FISH difficult.Therefore,a rapid modeling method proposed.That is to establish model of FLAC 3D based on AutoCAD and ANSYS.The procedures which secondary development using AutoCAD and VBA be used to basic data pre-process -ing.The model established completed in ANSYS and distributes material property,meshing,thereby achieving the purpose of building the complicated model in FLAC 3D by using the interface program of ANSYS_TO_FLAC 3D .Then three -dimensional models of surface mining established and numerical simulation analysis and the case study shows that the fastness,effectiveness and feasibility,can be realized.The procedure gives an example to build complicated engineering geological model with the advantages of different programs.Key words:numerical analysis;interface program;model transformation文章编号:1008-0570(2010)11-3-0259-021引言FLAC 3D 是由美国Itasca 公司开发的有限差分软件,可以进行岩土和其他材料的三维结构受力分析,通过调整三维网格中的多面体单元来拟合实际结构,单元材料可采用线性或非线性本构模型。
基于FLAC3D的边坡稳定性分析与数值模拟
基于FLAC3D的边坡稳定性分析与数值模拟一、简介边坡稳定性分析在工程领域中有着重要的作用。
它涉及到建筑、交通、水利、矿山等各个领域。
对于一个边坡的稳定性分析，既可以通过经验式来求解，也可以使用数值模拟的方法来模拟。
不过经验式的只提供了一种极为近似的方法，它的不精确性会极大影响到工程的稳定性，因此本文将着重讨论与介绍基于FLAC3D的边坡稳定数值模拟。
二、FLAC3D介绍FLAC3D是三维有限差分数值模拟软件，它可以对不同地质结构进行分析，用于工程设计和施工中的不同步骤。
它不同于其他软件在于它的第一原则是保证“力学流变关系与物质本质无关”，也就是说它考虑了岩土材料的物性力学关系，基本上可以表示材料弹性、塑性和损伤行为。
三、FLAC3D边坡稳定性分析建模1.模型建立边坡建模过程中，首先需要进行数据输入。
包括边坡的空间坐标、地层的力学特性、边坡各部分的理论参数以及模拟的初始状态等。
其次，建立边坡的三维模型，并将其导入FLAC3D中，进行有限差分离散化有限元分析。
2.力学特征参数建立模型后，需要输入材料特性参数。
边坡材料类型、岩石力学特性参数、孔隙度等参数必须输入，以及整个模拟的潜在地震活动参数，还需要进行弹性模量、泊松比、拟合合金数量等参数的选取和计算。
3.模拟结果有限差分离散化分析后，在FLAC3D的图形用户界面上显示出边坡的应力、应变、位移、位移梯度、杆升沉和过程时间等参数。
这些参数可以分别被检测和评估，对于模拟结果的评估相当重要。
四、FLAC3D数值模拟的优势与不足1.优势一方面，FLAC3D基于真实岩体力学模型，同时考虑了地震影响对边坡稳定性的影响，模拟结果更加真实可靠。
另一方面，FLAC3D模拟具有可重复、精确、精细的特点，它捕捉到了许多实际难以测量或难以理解的复杂现象。
2.不足FLAC3D模拟过程需要输入大量的实验数据，并且计算量也比较大，所以对计算机的要求较高，模拟过程的时间和稳定性需要保持充分的考虑。
基于GIS和FLAC_3D_矿山地表沉陷可视化
FLAC3D 在矿山及建筑工程领域的数值模拟中应 用广泛，它对原型合理简化建立计算模型，选择合理 参数，能模拟出矿体开采诱发的地表移动和变形［5］。 因此，利用 FLAC3D模拟对地表移动变形进行了计算， 并将与地表布设的监测点实测值进行对比分析。 1． 2． 1 几何模型
采用三维快速拉格朗日连续分析（ Fast Lagrangian Analysis of Continua in 3 Dimensions） FLAC-3D 2． 10 做研究平台，模拟小岭硫铁矿采矿产生地表沉 陷的状态。基于 FLAC-3D 对单元几何特征参数的 要求以及稳定性分析对介质尺寸的考虑，建立研究 对象的几何模型。其过程是： ①对矿区坐标进行变 换，设置能 直 观 反 映 分 析 模 型 几 何 特 征 的 坐 标 轴。 坐标变换后坐标轴设置结果为： X 轴沿矿体走向布 置，正方向为勘探线 4 线 ～ 1 线方向； Y 轴垂直矿体 走向布置，正方向从矿体东部指向矿体西部； Z 轴与 高程增加方向相同； ②根据地质剖面图、分段采矿工 程设计图，构建矿体几何模型。在模型中，矿体及其 相邻围岩采用 10 m × 10 m × 10 m 正六面体单元进 行离散； ③对矿体模型进行打包，以此为基础向外发 散，形成研究对象的几何模型。几何模型的范围在 3 个坐标方向依次为： 垂直方向（ Z 轴） 为 － 1 000 ～
矿体开采的FLAC 3D数值模拟分析
Ｃ ｓ ｈｓｐｏ ｌｍ ．Ｔｈ ｉ ｕａｉｎ ｒｓ ｌ Ｓ Ｏ ｈ ｔｔｅ ｍａ ｉ ｍ ｏ ｉ ｎ ａ ｎ ｅｔ ａ ｉｐａｅ ｎ ｓｃ ｕｅ Ｕ ｔ ｉ ｒｂｅ ｅｓ ｍ ｌｔ ｅ ｕｔ Ｈ ＷＳｔ ａ ｈ ｘｍｕ ｈ ｒ ｏ ｔｌａ ｄ ｖ ｒｉ ｌｄｓ ｌｃ ｍｅ ｔ ａ ｓｄ ｏ ｚ ｃ
快 速 和 自动化 。
关 键 词 ： 体开采 ； 口程序 ； 矿 接 数值分析 中图 分 类 号 ： Ｄ８ １０ ４ ， Ｔ ０ ；２２１ 文献 标 识 码 ： Ａ
ＮＵＭ ＥＲＩ ＣＡＬ Ｉ ＵＬ ＳＭ ＡＴＩ ＯＮ ＡＮＡＬＹＳ Ｓ ＯＦ ＯＲＥＢＯＤＹ Ｉ ＢＹ ＡＣ Ｄ ＦＬ ３ ＥＸＣＡＶＡＴＩ ＯＮ
维普资讯
第ｌ ５ｏ ． ５．Ｎｏ ４ １１ ．
Ｄｅ ｅ ｅ ２ ０ ｃ． ｍｂ ｒ ０６
２０ ０ ６年 １ ２月
Ｍ Ｉ ＮＧ ＆ Ｍ ＥＴＡＬＬ ＮＩ ＵＲＧＹ
文章 编 号 ：０ ５ ８ ４２ ０ ）４— ０ １ ４ １０ —７ ５ ｌ０ ６０ ０ ０ —０
２ ．Ｋｅ ａ ｏａｏｙｏ ｇｎｅｉｇＧ ｏ ｃａ ｉ ，Ｉ ｓ ｔ ｔ ｏ ｅｌ ｙａｌ ｅｐ ｙｉ ，Ｃ ｉｅ ｙＬ ｂｒ ｔｒ Ｅｎ ｉｅｒｎ ｅｍｅｈ ｎｃ ｎｔ ｕｅ ｆＧ ｏｏ Ｔ Ｇ ｏ ｈ ｓ ｓ ｈｎｓ ｆ ｓ ｉ ｇ ｄ ｃ ｅ
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矿体 开采 的 Ｆ ＡＣＤ Ｌ ３数值模拟分析
吕淑 然 刘 红 岩 ２ ，
（ ．首都 经济 贸 易大学 安全 与环境 工程 学 院 ， 京 １０ ２ ； １ 北 ０ ０ ６ ２ ，中国科 学 院工程 地质 力学 重 点实验 室 ， 京 １０ ２ ） 北 ０ ０ ９
基于FLAC^3D的边坡稳定分析研究及治理措施
斜构造， 北翼最大倾角为１ ６ 。 ， 南翼最大倾角为６ 。 ， 工作面内无岩浆岩侵入。 工作 面直接顶为泥岩 ， 老顶为砂质泥岩 ， 直接底为泥岩 。 ７ ７ ０ ７ 综放工作面切眼外侧是落差为１ ８ ０ ｍ的袁堂支断层 ， 断层使下盘奥灰 水 与上盘 煤 系地 层 对接 ， 奥 灰水对 采 掘工作 有一 定 的威胁 。 现 已对 断层 留设 了 安全 防水 煤柱 。 工 作面 采掘 过程 中 ， 要严 格按 照设计 施工 ， 不 得破 坏防 水煤 柱 。 工 作面 回采 期间涌 水水 源主 要是７ 煤顶 板砂 岩裂 隙水 ， 预计 工 作面正 常涌 水量 为５ ｍ？ ／ ｈ， 最大 涌水 量为 １ ５ ｍ？ ／ ｈ 。 预 计袁 堂 断层 水对 工 作面 回 采无 水害 威 胁， 工 作面 回采 前要 在低 洼 区建立 排水 系 统 ， 及 时排水 。
于 稳定 ， 也 有 可能 达 到极 限应 力 ， 处于 破坏 状 态 ， 应 加强 对塑 性单 元 的监 控力 度。 （ ３ ） 水平 应力分 布特 征 ， 如 图４ 所示 。 从 图 中可 以看 出， 水平 应力 与深度在 一 定范 围 内基 本呈 线性上升趋 势 ， 正压 力 即拉 应力在 坡顶部 自由边界 位置 数值最 大， 负压力 即压应 力在模 型底 部数值最 大 ， 同 时可以看 出 ， 水 平应力 在坡脚 处 出
［ 摘 要］ 简述了姚桥煤￣７ ７ ０ ７ 综放面主切 眼掘进中的顶板支护方式及参数， 采用了锚网（ 索） 联合支护技术 ， 及锚网（ 索） 架棚联合支护技术。 并介绍了顶板
支 护施 工 工艺流 程 ， 质 量要 求 ， 以及 巷 道顶 板破 碎时 采取 的超 前支 护技 术 ， 提 高 了巷道 的支 护效 果 ， 降 低 了支 护 成本 ， 保 证 了矿井 安 全生 产 。 ［ 关键 词］ 锚杆 ， 锚索， 锚架； 支护； 工艺 流 程 中图分 类号 ： Ｔ Ｄ３ ２ ５ 文 献标 识码 ： Ｂ 文章编 号 ： １ ０ ０ ９ — ９ １ ４ Ｘ（ ２ ０ １ ４ ） ３ １ ～ ０ ２ ４ １ — ０ ２
基于GIS的边坡安全信息技术及数值模拟研究
基于GIS的边坡安全信息技术及数值模拟研究边坡是山区和山地开发中常见的地质灾害之一，对人类的生命财产安全造成严重威胁。
为了提高边坡安全管理水平，基于地理信息系统（GIS）的边坡安全信息技术及数值模拟研究就应运而生。
首先，GIS技术为边坡安全信息的收集、处理和分析提供了强大的工具。
通过对边坡周边环境、地质构造、土壤类型、降雨量等多种因素进行空间分析，可以绘制出边坡安全信息的空间分布图。
同时，GIS技术还可以将历史灾害数据与地理空间数据进行叠加分析，识别边坡稳定性的薄弱环节，为边坡安全管理提供科学依据。
其次，数值模拟技术为边坡安全评估提供了可靠的手段。
通过建立边坡的数学模型，结合地质、水文等相关参数，可以模拟边坡在不同条件下的变形和破坏过程。
通过数值模拟，可以预测边坡的稳定性、确定临界降雨量、估计可能引发的灾害范围等，为边坡安全管理提供决策支持。
基于GIS的边坡安全信息技术与数值模拟研究的核心是将两者紧密结合，实现信息的高效获取、处理和分析。
首先，GIS技术可以将不同源头的数据进行集成，形成完整的边坡安全信息数据库。
然后，通过GIS技术的空间分析功能，可以将数值模拟结果与地理空间数据进行叠加，形成直观的边坡安全信息展示。
最后，通过数值模拟技术，可以对边坡安全信息进行验证和修正，不断提高边坡安全管理的准确性和科学性。
基于GIS的边坡安全信息技术及数值模拟研究的应用前景广阔。
在边坡工程设计阶段，可以利用GIS技术进行边坡稳定性分析，优化方案设计。
在边坡安全管理阶段，可以实时监测边坡的变形情况，及时预警并采取应对措施。
在边坡灾害应急救援阶段，可以通过GIS技术和数值模拟技术进行灾害范围预测和灾害风险评估，指导救援工作的展开。
总之，基于GIS的边坡安全信息技术及数值模拟研究对于提高边坡安全管理水平具有重要意义。
通过将GIS技术和数值模拟技术相结合，可以实现边坡安全信息的高效获取、处理和分析，为边坡工程设计、安全管理和灾害救援提供科学依据，促进山区和山地开发的可持续发展。
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动转化 ， 开发 了相 应 的计算模 型生成插 件 。该方 法充 分利 用 了地 层 三 维 可视 化模 型 可较好 地 表 达
研 究 区域 内地质体 的 空 间几何形 态的优 点 ， 拓 展 了可视 化模 型 的应 用范 围 ， 排 除 了从 地层 可视化 模
型全 自动生 成精 确岩 土工程 数值 计算模 型在 网格形 状 、 材 料 区域 边界 、 断层／ 节 理 单元 等 方 面所 面 临的 困难 ， 极 大地 简化 了数值 模拟 的前 处理 工作 。数值 模 拟 结 果表 明 ： 随着 网格 尺 寸 的 不 断加 密 ． 本研 究方 法得 到 的计 算结果 可 满足 岩 土工程 分析 的 实际 需求 ， 具 有 良好 的工程 应用 前景 。
三
刘林贵 李小双 李晓军 蔡永 昌
（ １ ． 同济大学土木工程学院； ２ ． － Ｘ － 南磷化集 团有限公司）
摘 要 以某矿 山露 采边坡 为例 ， 利用 Ａ ｒ ｃ Ｇ Ｉ Ｓ软 件 建 立 了边 坡 三 维地 层 可视 化 模 型 ， 针 对岩
土 工程 特 点 ， 采 用一种 简化 方 法 实现 了从矿 山边 坡三 维可视 化模 型到 Ｆ Ａ Ｌ Ｃ 如计 算模 型 的耦 合 与 自
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Ｓ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ Ｎｏ． ５５ ８ Ｏｃ ｔ ｏ ｂ ｅ
业
Ｍ ０ＤＥＲＮ ＭＩ ＮＩ ＮＧ
总第５ ５ ８ 期 ２ ０ １ ５ 年１ ０月 第 １ ０期
基于 Ａ ｒ ｃ Ｇ Ｉ Ｓ与 Ｆ Ｌ Ａ Ｃ ３ Ｄ 的矿 山边坡 维 可视 化 与数 值 模 拟 耦 合研 究
关 键词 Ａ ｒ ｃ Ｇ Ｉ Ｓ Ｆ Ａ Ｌ Ｃ 三 维地层模 型 边坡 数值模 拟 耦合
Ｒｅ ｓ ｅ ａｒ ｃ ｈ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ Ｃｏ ｕｐ ｌ ｉ ｎｇ ｏ ｆ Ｍｉ ｎｅ Ｓｌ ｏ ｐ ｅ ３Ｄ Ｖｉ ｓ ｕａ ｌ ｉ ｚ ｅ ｄ Ｍ ｏｄ ｅ ｌ ａ ｎ ｄ Ｎｕｍｅ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ Ｓ ｉ ｍｕｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｂａ ｓ ｅ ｄ ｏｎ Ａｒ ｃ ＧＩ Ｓ ａ ｎｄ ＦＬＡＣ 。