UDEC模拟实例与解析汇报

合集下载

(完整word版)Udec计算算例

1.3 UDEC算例1.3.1工程概况某隧道位于一包含高角度连续节理岩体内，节理倾角为50度，平均间距为7m，隧道为一半径为9m的圆形隧道。

贯穿于开挖面内的一垂直断层，在隧道拱顶形成了一个三角楔形体。

本算例使用UDEC的结构单元逻辑来模拟喷射混凝土和锚杆联合支护的圆形隧道开挖问题。

1.3.2构建模型隧道埋深451m，为半径9m圆形隧道，本次计算模型左右边界取41m，隧道至上下边界也取41m。

总的来说，模型长100m，宽100m。

计算模型如图1-1所示。

图1-1 UDEC计算模型1.3.3计算参数在包含高倾角节理和垂直断层的岩体内进行圆形开挖的UDEC模型岩体、节理和断层参数如下所示：表1-1 完整岩石物理力学参数密度Dens （kg/m3）体积模量K（Gpa）剪切模量G（Gpa）2500 1.5 0.6表1-2 节理、断层物理力学参数表1-3 喷射混凝土物理力学参数表1-4 岩体和喷射混凝土接触面物理力学参数表1-5 锚杆物理力学参数作为演示的目的，隧道开挖和支护是瞬时发生的。

本算例共两种支护分析被计算：第一，只施加喷射混凝土衬砌；第二，喷射混凝土和锚杆联合提供支护。

为了在第二种支护情况分析中可以更清晰的看到锚杆提供的支护，算例采用喷射混凝土的抗压强度被设置成一个很低的值，且厚度仅取为10cm。

1.3.4模拟步骤1.建立模型在UDEC中输入以下命令可建立隧道结构模型及边界。

如图1-2所示。

newround 0.1block -50,-50 -50,50 50,50 50,-50 jset -50,0 100,0 0,0 7,0 ；刷新UDEC窗口，重新调用一个新程序；块与块之间的圆角半径，必须小于块体最小边的1/2 ；建立模型框架；设置节理crack -6 -50 -6 50 tunnel (0,0) 9,16 del range area 0.08 gen edge 10 ；设置断层；模拟开挖隧道边界；删除面积小于0.08的块体；自动划分单元，单元最大边长不超过10图1-2 初步模型图2.设置单元属性和材料特征在UDEC中输入如下命令设置单元属性和材料特征。

udec模拟实例

6.4喷射混凝土UDEC模拟6.4.1 UDEC简介刚体离散单元法一般认为Cundall于1971年提出来的。

该法适用于研究在准静力或动力条件下的节理系统或块体集合的力学问题，最初用来分析岩石边坡的运动。

该法是在牛顿第二定律的基础上建立起来的, 假设块体为准刚度体，块体运动主要受节理或弱面控制。

刚性块体的假设对于应力水平较低的问题，如边坡稳定是合理的。

将节理岩体视为由裂隙切割的非连续介质，相互切割的裂隙将岩体分成相互独立的块体单元，单元之间可以看成是角-角接触、角-边接触或边-边接触。

块体间的边-边接触可分解为由两个角-边接触而成，并且随着单元的平移和转动，允许调整各个单元之间的接触关系，最终块体单元可能达到平衡状态，也可能一直运动下去。

这些块体在平衡条件发生变化时，块体之间就产生相互作用力，从而导致块体产生一定的加速度和位移，使块体的空间位置和状态发生变化。

运动的块体之间，由于差异位移矢量的存在，从而使块体之间又发生新的作用力，根据新的力系，又可以计算出来各个块体在新的力系下的加速度、位移及新的运动位置。

如此反复迭代直到整个体系在新的力系作用下达到平衡状态为止，这样整个岩体的破坏运动过程就被真实的模拟出来。

离散单元法可以对由不同块体构成的整体进行应力、应变的分析计算，各不同块体之间通过接触点的耦合而互相连接在一起。

就大多数岩体来说，其构造弱面的刚度和强度均比岩石本身要小得多，从这点出发，为了减少研究对象的不确定性（自由度）的数量，通常假定各不同岩石块体为刚性，结构产生的总位移仅仅是由各接触点（面）的变形所引起。

这里的研究对象被认为是各种离散块体的堆砌，块体之间的相互作用力可根据位移和力的关系式来求解，单个块体的运动遵循牛顿运动定律，即力和力矩的平衡。

数值分析模型的建立必须满足平衡方程、变形协调方程和本构方程，此外，还需要满足一定的边界条件。

但离散元块体之间不存在变形协调的约束，因为块体之间是彼此互不约束的，因而仅需满足物理方程和运动方程。

基于UDEC数值模拟的大断面回采巷道数值模拟分析

基于 UDEC 数值模拟的大断面回采巷道数值模拟分析摘要：针对大采高工作面大断面回采巷道围岩稳定性的问题，结合岩石力学、结构力学、弹性力学、矿山压力等理论，对大断面回采巷道围岩变形机理进行分析，结合该煤矿15号主采煤层S8310大采高综采工作面的地质特征和生产技术条件，系统分析了大采高综采大断面回采巷道变形破坏的基本形式，并分析了影响大采高综采大断面回采巷道变形破坏的各种因素，运用UDEC数值模拟软件模拟分析锚杆不同参数对大采高综采大断面回采巷道支护的影响，提出现场回采巷道支护参数及措施。

关键词:大断面；回采巷道；支护参数；厚煤层；数值模拟中图分类号：TD 823文献标识码：A1.工程概况某矿地理位置优越，交通便利。

井田走向长9.6km，倾斜长5km，面积约48km2，15号煤层位于太原组下部，是组内及区内最主要的煤层，煤厚最大值为9.03m，最小值为4.77m，平均6.91m，属稳定煤层，一般含夹石1~4层，夹石在0.1~1.0m之间，属简单结构煤层， 15号煤层S8310工作面走向长1023m，工作面倾斜长度为220m。

工作面地质储量210万吨，可采储量182万吨。

该工作面内15号煤层总厚度最大6.60m，最小6.35m，平均厚度6.51m。

2.数值模拟结果分析（1）模拟方案1中，固定锚杆间排距800mm×900mm，锚杆直径20mm，通过对不同的锚杆长度进行分析，确定合理的锚杆长度。

随着锚杆长度的增加，巷道围岩塑性区范围减小，塑性区单元区域减少，塑性区单元由2.0m时的328减少到2.6m时的304。

表1方案1中位移值比较方案左帮移近量/mm右帮移近量/mm顶板下沉量/mm底板鼓起量/mm1-119319681.42811-217517876.72601-316817073.72511-416516670.9246由表1可知，随着锚杆长度增加，巷道围岩变形量逐渐减小，当锚杆长度为2.4m时，再增加锚杆长度，围岩变化量基本不变，因此，锚杆长度选为2.40m。

地震作用对采空区塌陷的UDEC模拟

地震作用对采空区塌陷的UDEC模拟500kV输电线路、59 条 220kV输电线运 4 条前言随着我国西电东送战略的实施，输础的破坏十分严重，而由于陡峭的地形、区域地路、122条 110kV输电线路。

严重损毁变电站 16 电线路质构造、岩体风化破碎等引发的滑坡、崩塌及泥的电压等级越来越高,超高压、特高压交、直流输座，其中 500kV1座、220kV3座、110kV5座。

四石流等地震地质次生灾害对电网工程的破坏更川全网损失负荷近 400 万 kW，负荷损失率为电已成为主电网调配区域能源的主要手段。

由为严重。

于我国西部地区受到印度板块向北推移挤压， 31.8,，6 市州负荷损失率达75.7,。

在复杂的区域地质构造及地质地震背景青藏高原强烈变形，高原内部及其边缘的活断重灾区主要受损的线路有:220kV 平回线、下，线路路径及塔位选择时，如何合理利用地形 220kV福回一线、220kV 福回二线、220kV 耿山层上经常发生强烈地震，我国西部地区已经是地质条件并考虑地震地质作用，将是线路勘测世界大陆内部活跃的强烈地震区，因此很多西南(北)线、220kV 映山线、220kV 渔山东(西)线、设计中地质工作者的重要任务。

220kV平山线、220kV源山南(北)线、220kV 丹 1,汶川大地震对震区输电线路的破坏现状部山区输电线路将从强震区穿过，跨越可能的 2008年 5 月 12 日 14 点 28 分，汶川发生山线、110kV 映灌线、220kV 福银线、220kV 竹发震断层不可避免。

确保西部山区输电线路的了举世震惊的里氏 8.0 级特大地震。

地震不但给茂线、220kV 红薛线、220kV 薛州线、220kV 州地震安全十分重要，不仅可以避免造成巨额的经济损失,还可以确保其他基础设施如通讯、交茂线共 5 条线路、500kV 茂谭一二线及220kV 上百万家庭带来巨大灾难，也摧毁了大量的电通、供水等的正常运行,避免次生灾害的发生,并茂永线等。

UDEC模拟实例与解析

^`UDEC 实例翻译与命令解析翻译：珠穆朗玛1 地震诱发地层坍塌 Seismic-Induced Groundfall1.1 问题描述本例展示使用 UDEC 模拟分析地震诱发地层坍塌的一类的问题,模型见图 1.1,该模型基于加拿大安大略省萨德伯里市鹰桥公司弗雷则矿 34-1-554 切割断面的一个剖面图的结构和尺寸. 用二维平面应变模型代表垂直于超采轴向方向的平面效应,超采面高 5m,宽 10m.假定两个连续节理交叉平面分析:一个角度为 45 度,另一个为-9 度,两者节理间距均为 5m,为了演示的目的,一个近似垂直的“虚拟节理”也被添加到块体内开挖面顶部以增强不稳定性。

围岩参数来自试验室平均测试数值，假定岩石块体参数如下：假定块体仅具有弹性行为，节理假定符合库伦滑动准则，选择典型的教课书数值作为节理参数，如下：初始应力状态按各向同性估计为24Mpa（假定垂直荷载由覆盖深度大约800m 的岩层产生）。

1.2 UDEC 分析UDEC 模拟顺序分三个阶段,首先,模型在初始应力状态下进行无超采固结.其次,进行开挖并且模型循环至平衡状态.本阶段超采面周围的应力分布见图1.2.超采正上方和下方的块体滑动后稳定.在第三阶段.估计了两个不同的峰值速度的地震事件.对所有地震模拟,在问题域的外周边界引入粘滞边界用以消除波的反射.从而模拟有限的岩体,地震事件用施加到模型顶部y 方向的正弦应力波表现.应力波被叠加到已存在的初始地应力上.在第一个模拟中,施加1.25Mpa 的峰值应力,应当注意的是,由于粘滞边界条件实际是在模型顶部, 施加的有效影响应力应该是1.25 MPa/2, or 0.625 MPa.0.02 秒后的开挖面拱顶的应力分布见图1.3,两点的位移被监测,1 点位于开挖面的左角,点2 位于拱顶块体的右角, 图1.4 的位移时间曲线显示两点本质上是弹性反应.本例关心的问题是在模型顶部施加的速度和计算速度的对比,下面的公式可以用以估计施加的波速.使用这个方程,施加的最大波速大概是0.04m/sec,图1.5 显示的峰值波速小于0.06m/sec. 估计的波速和监测波速的不同在于使用的围岩模量.而是没有考虑节理变形的相等变形模量.在第二个案例中,施加应力波峰值12.5 Mpa(有效应力6.25Mpa).0.02 秒后的开挖拱顶应力分布见图1.6.该图显示出拱顶岩体不受力,表面该块体已经松散并正在下落.对于关心的问题,后来三个时间的几何体和应力分布见图1.8 至图1.10.在问题的顶部预测的波速(从上面的方程)是0.4m/sec.从模型中计算的波速见图1.11,再次,由于使用的是原岩弹性模量而不是岩体的变形模量导致预测和监测的波速之间的差异.1.3 节包含了该模型的数据列表,该列表包含了一个FISH 函数(show)被用来创建坍塌的动画文件,每隔0.02 秒俘获一个显示的图片.通过改变FISH 参数time_int 可以改变动画帧的间隔.视图的总数也可以通过改变snap_shot 的数值进行改变.为了显示80 帧的显示图片而创建的该电影文件需要大概13MB 的硬盘空间.1.3 数据文件列表Example 1.1 SEISMIC.DATtitleSEISMIC INDUCED ROOF COLLAPSE 地震诱发拱顶坍塌;round 0.01; define original boundary of modeled region 定义模型区域的原始边界block -25,-20 -25,20 25,20 25,-20; generate joint pattern over entire original region 在整个原始区域生成节理形态jregion id 1 -25,-25 -25,25 25,25 25,-25jset 45,0 200,0 0,0 5.0,0 (0,0) range jreg 1jset -9,0 200,0 0,0 5.0,0 (0,0) range jreg 1; put in joints needed for the later excavation 为了后面开挖而设置的节理crack -5.01,-2.51 5.01,-2.51crack -5.01, 2.51 5.01, 2.51crack -5,-2.5 -5,2.5crack 5,-2.5 5,2.5crack 2.25,2.5 1.93,5.0; generate fdef zones and assign joint properties (mat=1 & jmat=1;default) 生成单元和设置节理参数generate edge 9.0 range -30,30 -30,30prop mat=1 d=0.00300 k=39060 g=31780prop jmat=1 jkn=20000 jks=20000prop jmat=1 jf=30.0; apply boundary conditions and initial conditions to 在地应力下施加边界条件和初始条件; consolidate model under field stressesbound stress=-24.0, 0.0, -24.0 ygrad=-0.3 0 -0.3insitu stress=-24.0, 0.0, -24.0 ygrad=-0.3 0 -0.3bound yvel 0.0 range -26,26 -21,-19grav 0.0 -10.0; track the x-displacement, and y-displacement over time 追踪位移hist solvehist xdis=0,7 ydis=0,7 type 1solve rat 1e-5; save consolidated statesave seismic1.sav; make excavationdelete range -5,5 -2.5,2.5solve rat 1e-5; save excavated statesave seismic2.sav;rest seismic2.sav; apply seismic load from top (peak velocity=0.04 m/sec);; set up nonreflecting boundarybound mat=1bound xvisc range -26 -23 -21 21bound xvisc range 23 26 -21 21bound xvisc yvisc range -26 26 -21 -19bound xvisc yvisc range -26 26 19 21; apply sinusoidal stress wavebound stress 0 0 -1.25 yhist=cos(100.0,0.0195) range -26 26 19 21 ;reset time hist disp rothist ydis (-4.48,2.57)hist ydis (0,2.57) yvel (0,2.57) yvel (4,2.57) yvel(-4.48,2.57)hist yvel (0,20) yvel (25,10) yvel (25,-10) yvel (0,-20)hist yvel (-25,-10) yvel (-25,10)hist sxx (25,10) sxx (25,-10) sxx (-25,-10) sxx (-25,10)hist syy (0,20);damp 0.1 1.0 mass; 0.02 sec.cyc time 0.02save seismic3.sav;rest seismic2.sav; apply seismic load from top (peak velocity=0.4 m/sec); set up nonreflecting boundarybound mat=1bound xvisc range -26 -23 -21 21bound xvisc range 23 26 -21 21bound xvisc yvisc range -26 26 -21 -19bound xvisc yvisc range -26 26 19 21; apply sinusoidal stress wavebound stress 0 0 -12.5 yhist=cos(100.0,0.0195) range -26 26 19 21 reset time hist disphist ydis (-4.48,2.57)hist ydis (0,2.57) yvel (0,2.57) yvel (4,2.57) yvel(-4.48,2.57)hist yvel (0,20) yvel (25,10) yvel (25,-10) yvel (0,-20)hist yvel (-25,-10) yvel (-25,10)hist sxx (25,10) sxx (25,-10) sxx (-25,-10) sxx (-25,10)hist syy (0,20);damp 0.1 1.0 masssave seismov.sav;; 0.02 sec.cyc time 0.02save seismic4.sav; 0.25 sec.cyc time 0.23save seismic5.sav; 0.50 sec.cyc time 0.25save seismic6.sav; 0.75 seccyc time 0.25save seismic7.sav;rest seismov.sav; make a movie of the groundfall;wind -12 12 -12 12set ovtol 0.05plot block vel max 2.0 blue stress max 50movie onmovie file = seismic.dcxmovie step 1000step 400003 隧道支护荷载Tunnel Support Loading3.1 问题陈述本例模拟展示了UDEC 在检查衬砌隧道方面的应用,着重强调了荷载在混凝土衬砌中的发展,本例也解释了模拟连续建造操作中独立阶段的模拟程序.隧道系统的理想几何体见图3.1.系统包含在海床下大约70m(中线)深度,中线间距12m 的两个隧道, 初始水位在隧道中线上方110m 处.服务隧道直径5.24m,衬砌厚度37cm.主隧道直径8.22m,衬砌厚度46cm.服务隧道先于主隧道开挖和衬砌.随后设置主隧道衬砌,水位上升增加到100m.施工顺序是:(1)开挖服务隧道excavation of the service tunnel;(2)衬砌服务隧道lining of the service tunnel; (3)开挖主隧道excavation of the main tunnel; (4)衬砌主隧道lining of the main tunnel; and (5)升高水位raising of the water level.分析的目的是评价每个施工阶段服务隧道和主隧道支护状况.本例的材料参数见下:岩体——开挖隧道的围岩参数为：弹性模量elastic modulus 0.89 GPa泊松比Poisson’s ratio 0.35单轴抗压强度uniaxial compressive strength 3.5 MPa粘聚力cohesion 1 MPa密度density 1340 kg/m3混凝土衬砌——弹性模量为24 GPa ，泊松比为0.19. 假定衬砌为线弹性材料。

(完整word版)UDEC模拟实例与解析

UDEC 实例翻译与命令解析中铁隧道集团科研所——珠穆浪玛UDEC 实例翻译与命令解析翻译：珠穆朗玛1 地震诱发地层坍塌 Seismic-Induced Groundfall1.1 问题描述本例展示使用 UDEC 模拟分析地震诱发地层坍塌的一类的问题,模型见图 1.1,该模型基于加拿大安大略省萨德伯里市鹰桥公司弗雷则矿 34-1-554 切割断面的一个剖面图的结构和尺寸. 用二维平面应变模型代表垂直于超采轴向方向的平面效应,超采面高 5m,宽 10m.假定两个连续节理交叉平面分析:一个角度为 45 度,另一个为-9 度,两者节理间距均为 5m,为了演示的目的,一个近似垂直的“虚拟节理”也被添加到块体内开挖面顶部以增强不稳定性。

1.2 UDEC 分析UDEC 模拟顺序分三个阶段,首先,模型在初始应力状态下进行无超采固结.其次,进行开挖并且模型循环至平衡状态.本阶段超采面周围的应力分布见图1.2.超采正上方和下方的块体滑动后稳定.在第三阶段.估计了两个不同的峰值速度的地震事件.对所有地震模拟,在问题域的外周边界引入粘滞边界用以消除波的反射.从而模拟有限的岩体,地震事件用施加到模型顶部y 方向的正弦应力波表现.应力波被叠加到已存在的初始地应力上.在第一个模拟中,施加1.25Mpa 的峰值应力,应当注意的是,由于粘滞边界条件实际是在模型顶部, 施加的有效影响应力应该是1.25 MPa/2, or 0.625 MPa.0.02 秒后的开挖面拱顶的应力分布见图1.3,两点的位移被监测,1 点位于开挖面的左角,点2 位于拱顶块体的右角, 图1.4 的位移时间曲线显示两点本质上是弹性反应.本例关心的问题是在模型顶部施加的速度和计算速度的对比,下面的公式可以用以估计施加的波速.使用这个方程,施加的最大波速大概是0.04m/sec,图1.5 显示的峰值波速小于0.06m/sec. 估计的波速和监测波速的不同在于使用的围岩模量.而是没有考虑节理变形的相等变形模量.在第二个案例中,施加应力波峰值12.5 Mpa(有效应力6.25Mpa).0.02 秒后的开挖拱顶应力分布见图1.6.该图显示出拱顶岩体不受力,表面该块体已经松散并正在下落.对于关心的问题,后来三个时间的几何体和应力分布见图1.8 至图1.10.在问题的顶部预测的波速(从上面的方程)是0.4m/sec.从模型中计算的波速见图1.11,再次,由于使用的是原岩弹性模量而不是岩体的变形模量导致预测和监测的波速之间的差异.1.3 节包含了该模型的数据列表,该列表包含了一个FISH 函数(show)被用来创建坍塌的动画文件,每隔0.02 秒俘获一个显示的图片.通过改变FISH 参数time_int 可以改变动画帧的间隔.视图的总数也可以通过改变snap_shot 的数值进行改变.为了显示80 帧的显示图片而创建的该电影文件需要大概13MB 的硬盘空间.1.3 数据文件列表Example 1.1 SEISMIC.DATtitleSEISMIC INDUCED ROOF COLLAPSE 地震诱发拱顶坍塌;round 0.01; define original boundary of modeled region 定义模型区域的原始边界block -25,-20 -25,20 25,20 25,-20; generate joint pattern over entire original region 在整个原始区域生成节理形态jregion id 1 -25,-25 -25,25 25,25 25,-25jset 45,0 200,0 0,0 5.0,0 (0,0) range jreg 1jset -9,0 200,0 0,0 5.0,0 (0,0) range jreg 1; put in joints needed for the later excavation 为了后面开挖而设置的节理crack -5.01,-2.51 5.01,-2.51crack -5.01, 2.51 5.01, 2.51crack -5,-2.5 -5,2.5crack 5,-2.5 5,2.5crack 2.25,2.5 1.93,5.0; generate fdef zones and assign joint properties (mat=1 & jmat=1;default) 生成单元和设置节理参数generate edge 9.0 range -30,30 -30,30prop mat=1 d=0.00300 k=39060 g=31780prop jmat=1 jkn=20000 jks=20000prop jmat=1 jf=30.0; apply boundary conditions and initial conditions to 在地应力下施加边界条件和初始条件; consolidate model under field stressesbound stress=-24.0, 0.0, -24.0 ygrad=-0.3 0 -0.3insitu stress=-24.0, 0.0, -24.0 ygrad=-0.3 0 -0.3bound yvel 0.0 range -26,26 -21,-19grav 0.0 -10.0; track the x-displacement, and y-displacement over time 追踪位移hist solvehist xdis=0,7 ydis=0,7 type 1solve rat 1e-5; save consolidated statesave seismic1.sav; make excavationdelete range -5,5 -2.5,2.5solve rat 1e-5; save excavated statesave seismic2.sav;rest seismic2.sav; apply seismic load from top (peak velocity=0.04 m/sec);; set up nonreflecting boundarybound mat=1bound xvisc range -26 -23 -21 21bound xvisc range 23 26 -21 21bound xvisc yvisc range -26 26 -21 -19bound xvisc yvisc range -26 26 19 21; apply sinusoidal stress wavebound stress 0 0 -1.25 yhist=cos(100.0,0.0195) range -26 26 19 21;reset time hist disp rothist ydis (-4.48,2.57)hist ydis (0,2.57) yvel (0,2.57) yvel (4,2.57) yvel(-4.48,2.57)hist yvel (0,20) yvel (25,10) yvel (25,-10) yvel (0,-20)hist yvel (-25,-10) yvel (-25,10)hist sxx (25,10) sxx (25,-10) sxx (-25,-10) sxx (-25,10)hist syy (0,20);damp 0.1 1.0 mass; 0.02 sec.cyc time 0.02save seismic3.sav;rest seismic2.sav; apply seismic load from top (peak velocity=0.4 m/sec); set up nonreflecting boundarybound mat=1bound xvisc range -26 -23 -21 21bound xvisc range 23 26 -21 21bound xvisc yvisc range -26 26 -21 -19bound xvisc yvisc range -26 26 19 21; apply sinusoidal stress wavebound stress 0 0 -12.5 yhist=cos(100.0,0.0195) range -26 26 19 21reset time hist disphist ydis (-4.48,2.57)hist ydis (0,2.57) yvel (0,2.57) yvel (4,2.57) yvel(-4.48,2.57)hist yvel (0,20) yvel (25,10) yvel (25,-10) yvel (0,-20)hist yvel (-25,-10) yvel (-25,10)hist sxx (25,10) sxx (25,-10) sxx (-25,-10) sxx (-25,10)hist syy (0,20);damp 0.1 1.0 masssave seismov.sav;; 0.02 sec. —————————————————————————————————————UDEC 实例翻译与命令解析中铁隧道集团科研所——珠穆浪玛cyc time 0.02save seismic4.sav; 0.25 sec.cyc time 0.23save seismic5.sav; 0.50 sec.cyc time 0.25save seismic6.sav; 0.75 seccyc time 0.25save seismic7.sav;rest seismov.sav; make a movie of the groundfall;wind -12 12 -12 12set ovtol 0.05plot block vel max 2.0 blue stress max 50movie onmovie file = seismic.dcxmovie step 1000step 400003 隧道支护荷载Tunnel Support Loading3.1 问题陈述本例模拟展示了UDEC 在检查衬砌隧道方面的应用,着重强调了荷载在混凝土衬砌中的发展,本例也解释了模拟连续建造操作中独立阶段的模拟程序.隧道系统的理想几何体见图3.1.系统包含在海床下大约70m(中线)深度,中线间距12m 的两个隧道, 初始水位在隧道中线上方110m 处.服务隧道直径5.24m,衬砌厚度37cm.主隧道直径8.22m,衬砌厚度46cm.服务隧道先于主隧道开挖和衬砌.随后设置主隧道衬砌,水位上升增加到100m.—————————————————————————————————————UDEC 实例翻译与命令解析中铁隧道集团科研所——珠穆浪玛施工顺序是:(1)开挖服务隧道excavation of the service tunnel;(2)衬砌服务隧道lining of the service tunnel; (3)开挖主隧道excavation of the main tunnel; (4)衬砌主隧道lining of the main tunnel; and (5)升高水位raising of the water level.分析的目的是评价每个施工阶段服务隧道和主隧道支护状况.本例的材料参数见下:岩体——开挖隧道的围岩参数为：弹性模量elastic modulus 0.89 GPa泊松比Poisson’s ratio 0.35单轴抗压强度uniaxial compressive strength 3.5 MPa粘聚力cohesion 1 MPa密度density 1340 kg/m3混凝土衬砌——弹性模量为24 GPa ，泊松比为0.19. 假定衬砌为线弹性材料。

UDEC模拟实例与解析

UDEC 实例翻译与命令解析翻译：珠穆朗玛1 地震诱发地层坍塌Seismic-Induced Groundfall1.1 问题描述本例展示使用UDEC 模拟分析地震诱发地层坍塌的一类的问题,模型见图1.1,该模型基于加拿大安大略省萨德伯里市鹰桥公司弗雷则矿34-1-554 切割断面的一个剖面图的结构和尺寸. 用二维平面应变模型代表垂直于超采轴向方向的平面效应,超采面高5m,宽10m.假定两个连续节理交叉平面分析:一个角度为45 度,另一个为-9 度,两者节理间距均为5m,为了演示的目的,一个近似垂直的“虚拟节理”也被添加到块体内开挖面顶部以增强不稳定性。

1.2 UDEC 分析UDEC 模拟顺序分三个阶段,首先,模型在初始应力状态下进行无超采固结.其次,进行开挖并且模型循环至平衡状态.本阶段超采面周围的应力分布见图 1.2.超采正上方和下方的块体滑动后稳定.在第三阶段.估计了两个不同的峰值速度的地震事件.对所有地震模拟,在问题域的外周边界引入粘滞边界用以消除波的反射.从而模拟有限的岩体,地震事件用施加到模型顶部y 方向的正弦应力波表现.应力波被叠加到已存在的初始地应力上.在第一个模拟中,施加1.25Mpa 的峰值应力,应当注意的是,由于粘滞边界条件实际是在模型顶部, 施加的有效影响应力应该是1.25 MPa/2, or 0.625 MPa.0.02 秒后的开挖面拱顶的应力分布见图1.3,两点的位移被监测,1 点位于开挖面的左角,点2 位于拱顶块体的右角, 图1.4 的位移时间曲线显示两点本质上是弹性反应.本例关心的问题是在模型顶部施加的速度和计算速度的对比,下面的公式可以用以估计施加的波速..估计的波速和监测波速的不同在于使用的围岩模量.而是没有考虑节理变形的相等变形模量在问题的顶部预测的波速(从上面的方程)是0.4m/sec.从模型中计算的波速见图1.11,再次,由于使用的是原岩弹性模量而不是岩体的变形模量导致预测和监测的波速之间的差异.1.3 节包含了该模型的数据列表,该列表包含了一个FISH 函数(show)被用来创建坍塌的动画文件,每隔0.02 秒俘获一个显示的图片.通过改变FISH 参数time_int 可以改变动画帧的间隔.视图的总数也可以通过改变snap_shot 的数值进行改变.为了显示80 帧的显示图片而创建的该电影文件需要大概13MB 的硬盘空间.1.3 数据文件列表Example 1.1 SEISMIC.DATtitleSEISMIC INDUCED ROOF COLLAPSE 地震诱发拱顶坍塌;round 0.01; define original boundary of modeled region 定义模型区域的原始边界block -25,-20 -25,20 25,20 25,-20; generate joint pattern over entire original region 在整个原始区域生成节理形态jregion id 1 -25,-25 -25,25 25,25 25,-25jset 45,0 200,0 0,0 5.0,0 (0,0) range jreg 1jset -9,0 200,0 0,0 5.0,0 (0,0) range jreg 1; put in joints needed for the later excavation为了后面开挖而设置的节理crack -5.01,-2.51 5.01,-2.51crack -5.01, 2.51 5.01, 2.51crack -5,-2.5 -5,2.5crack 5,-2.5 5,2.5crack 2.25,2.5 1.93,5.0; generate fdef zones and assign joint properties (mat=1 & jmat=1;default) 生成单元和设置节理参数generate edge 9.0 range -30,30 -30,30prop mat=1 d=0.00300 k=39060 g=31780prop jmat=1 jkn=20000 jks=20000prop jmat=1 jf=30.0; apply boundary conditions and initial conditions to 在地应力下施加边界条件和初始条件; consolidate model under field stressesbound stress=-24.0, 0.0, -24.0 ygrad=-0.3 0 -0.3insitu stress=-24.0, 0.0, -24.0 ygrad=-0.3 0 -0.3bound yvel 0.0 range -26,26 -21,-19grav 0.0 -10.0; track the x-displacement, and y-displacement over time追踪位移hist solvehist xdis=0,7 ydis=0,7 type 1solve rat 1e-5; save consolidated statesave seismic1.sav; make excavationdelete range -5,5 -2.5,2.5solve rat 1e-5; save excavated statesave seismic2.sav;rest seismic2.sav; apply seismic load from top (peak velocity=0.04 m/sec);; set up nonreflecting boundarybound mat=1bound xvisc range -26 -23 -21 21bound xvisc range 23 26 -21 21bound xvisc yvisc range -26 26 -21 -19bound xvisc yvisc range -26 26 19 21; apply sinusoidal stress wavebound stress 0 0 -1.25 yhist=cos(100.0,0.0195) range -26 26 19 21;reset time hist disp rothist ydis (-4.48,2.57)hist ydis (0,2.57) yvel (0,2.57) yvel (4,2.57) yvel(-4.48,2.57)hist yvel (0,20) yvel (25,10) yvel (25,-10) yvel (0,-20)hist yvel (-25,-10) yvel (-25,10)hist sxx (25,10) sxx (25,-10) sxx (-25,-10) sxx (-25,10)hist syy (0,20);damp 0.1 1.0 mass; 0.02 sec.cyc time 0.02save seismic3.sav;rest seismic2.sav; apply seismic load from top (peak velocity=0.4 m/sec); set up nonreflecting boundarybound mat=1bound xvisc range -26 -23 -21 21bound xvisc range 23 26 -21 21bound xvisc yvisc range -26 26 -21 -19bound xvisc yvisc range -26 26 19 21; apply sinusoidal stress wavebound stress 0 0 -12.5 yhist=cos(100.0,0.0195) range -26 26 19 21reset time hist disphist ydis (-4.48,2.57)hist ydis (0,2.57) yvel (0,2.57) yvel (4,2.57) yvel(-4.48,2.57)hist yvel (0,20) yvel (25,10) yvel (25,-10) yvel (0,-20)hist yvel (-25,-10) yvel (-25,10)hist sxx (25,10) sxx (25,-10) sxx (-25,-10) sxx (-25,10)hist syy (0,20);damp 0.1 1.0 masssave seismov.sav;; 0.02 sec.—————————————————————————————————————cyc time 0.02save seismic4.sav; 0.25 sec.cyc time 0.23save seismic5.sav; 0.50 sec.cyc time 0.25save seismic6.sav; 0.75 seccyc time 0.25save seismic7.sav;rest seismov.sav; make a movie of the groundfall;wind -12 12 -12 12set ovtol 0.05plot block vel max 2.0 blue stress max 50movie onmovie file = seismic.dcxmovie step 1000step 400003 隧道支护荷载Tunnel Support Loading3.1 问题陈述本例模拟展示了UDEC 在检查衬砌隧道方面的应用,着重强调了荷载在混凝土衬砌中的发展,本例也解释了模拟连续建造操作中独立阶段的模拟程序.隧道系统的理想几何体见图3.1.系统包含在海床下大约70m(中线)深度,中线间距12m 的两个隧道, 初始水位在隧道中线上方110m 处.服务隧道直径5.24m,衬砌厚度37cm.主隧道直径8.22m,衬砌厚度46cm.服务隧道先于主隧道开挖和衬砌.随后设置主隧道衬砌,水位上升增加到100m.—————————————————————————————————————施工顺序是:(1)开挖服务隧道excavation of the service tunnel;(2)衬砌服务隧道lining of the service tunnel; (3)开挖主隧道excavation of the main tunnel; (4)衬砌主隧道lining of the main tunnel; and (5)升高水位raising of the water level.分析的目的是评价每个施工阶段服务隧道和主隧道支护状况.本例的材料参数见下:岩体——开挖隧道的围岩参数为：弹性模量elastic modulus 0.89 GPa泊松比Poisson’s ratio 0.35单轴抗压强度uniaxial compressive strength 3.5 MPa粘聚力cohesion 1 MPa密度density 1340 kg/m3混凝土衬砌——弹性模量为24 GPa ，泊松比为0.19. 假定衬砌为线弹性材料。

UDEC模拟[技巧]

1 模型的建立建立数学模型是数值模拟工作的首要任务, 模型建立正确与否, 是能否获得符合实际计算结果的前提, 模型的设计, 必须遵循下列原则:采动覆岩移动的影响因素很多, 模型的设计,必须突出影响采动覆岩移动的主要因素, 并尽可能多地考虑其它重要因素。

模型是由实体简化的, 但应不失一般性。

模型的设计, 必须能很好地反映材料的物理力学特性,如材料的均匀性, 弱面影响及非线性等。

地下工程实际上是半无限域问题, 但数值模拟只能是在有限的范围内进行。

因此, 模型的设计,必须考虑其边界效应, 选择适当的边界条件。

任何地下工程, 也都是一个时空问题, 采动围岩移动也是如此。

因此, 模型的设计,必须能体现工作面的推进与接续, 能体现出覆岩冒落、底板膨胀鼓起及变形移动的时间过程。

模型的设计, 应尽可能便于数值模拟计算, 在模型范围及受力分析方面, 既要满足弹塑性理论对应力分析的基本要求, 又要顾及现有计算机的容量。

2 模型的基本参数各岩层物理力学参数按表2.1选取，表中抗拉强度、泊松比参考附近矿区岩层实际参数，由于该矿并没有各岩层粘聚力和摩擦角等参数，粘聚力、摩擦角和弹性模量按该岩性岩体平均参数选取，体积模量和剪切模量由泊松比和弹性模量按公式计算得出。

νE K=3（1-2） νEG=2（1+）式中：K 为岩体体积模量；G 为岩体剪切模量；E 为岩体的弹性模量；ν为岩体的泊松比。

表2.1 模型中采用的岩体物理力学参数岩层名称岩层厚度/m体积模量/GPa 剪切模量 /GPa 抗拉强度 /MPa 粘聚力 /MPa 内摩擦角/° 砂质泥岩或粉砂岩15.63 3.125 2.542 0.8 2.5 35 11煤10.94 2.381 1.163 0.65 1.3 32.9 砂质泥岩或粉砂岩2 43.67 3.571 2.459 0.74 2.5 35 砂质泥岩或粉砂岩37.92 6.667 2.222 0.76 2.5 35 9煤6.4 2.381 1.163 0.65 1.3 32.9 砂质泥岩或粉砂岩421.83 2.857 2.609 1 2.5 35 8煤3.52 2.381 1.163 0.65 1.3 32.9 砂质泥岩或粉砂岩527.77 10 2.143 0.72 2.5 35 6煤6.35 2.381 1.163 0.65 2.3 32.9 砂质泥岩或粉砂岩611.42 10 2.1430.88 2.5 35 砾岩502.1351.6680.82.234依据工作面的地质条件, 建立图1所示的数值计算模型。

(完整word版)UDEC模拟实例与解析

1.2 UDEC 分析UDEC 模拟顺序分三个阶段,首先,模型在初始应力状态下进行无超采固结.其次,进行开挖并且模型循环至平衡状态.本阶段超采面周围的应力分布见图1.2.超采正上方和下方的块体滑动后稳定.在第三阶段.估计了两个不同的峰值速度的地震事件.对所有地震模拟,在问题域的外周边界引入粘滞边界用以消除波的反射.从而模拟有限的岩体,地震事件用施加到模型顶部y 方向的正弦应力波表现.应力波被叠加到已存在的初始地应力上.在第一个模拟中,施加1.25Mpa 的峰值应力,应当注意的是,由于粘滞边界条件实际是在模型顶部, 施加的有效影响应力应该是1.25 MPa/2, or 0.625 MPa.0.02 秒后的开挖面拱顶的应力分布见图1.3,两点的位移被监测,1 点位于开挖面的左角,点2 位于拱顶块体的右角, 图1.4 的位移时间曲线显示两点本质上是弹性反应.本例关心的问题是在模型顶部施加的速度和计算速度的对比,下面的公式可以用以估计施加的波速.使用这个方程,施加的最大波速大概是0.04m/sec,图1.5 显示的峰值波速小于0.06m/sec. 估计的波速和监测波速的不同在于使用的围岩模量.而是没有考虑节理变形的相等变形模量.在第二个案例中,施加应力波峰值12.5 Mpa(有效应力6.25Mpa).0.02 秒后的开挖拱顶应力分布见图1.6.该图显示出拱顶岩体不受力,表面该块体已经松散并正在下落.对于关心的问题,后来三个时间的几何体和应力分布见图1.8 至图1.10.在问题的顶部预测的波速(从上面的方程)是0.4m/sec.从模型中计算的波速见图1.11,再次,由于使用的是原岩弹性模量而不是岩体的变形模量导致预测和监测的波速之间的差异.1.3 节包含了该模型的数据列表,该列表包含了一个FISH 函数(show)被用来创建坍塌的动画文件,每隔0.02 秒俘获一个显示的图片.通过改变FISH 参数time_int 可以改变动画帧的间隔.视图的总数也可以通过改变snap_shot 的数值进行改变.为了显示80 帧的显示图片而创建的该电影文件需要大概13MB 的硬盘空间.1.3 数据文件列表Example 1.1 SEISMIC.DATtitleSEISMIC INDUCED ROOF COLLAPSE 地震诱发拱顶坍塌;round 0.01; define original boundary of modeled region 定义模型区域的原始边界block -25,-20 -25,20 25,20 25,-20; generate joint pattern over entire original region 在整个原始区域生成节理形态jregion id 1 -25,-25 -25,25 25,25 25,-25jset 45,0 200,0 0,0 5.0,0 (0,0) range jreg 1jset -9,0 200,0 0,0 5.0,0 (0,0) range jreg 1; put in joints needed for the later excavation 为了后面开挖而设置的节理crack -5.01,-2.51 5.01,-2.51crack -5.01, 2.51 5.01, 2.51crack -5,-2.5 -5,2.5crack 5,-2.5 5,2.5crack 2.25,2.5 1.93,5.0; generate fdef zones and assign joint properties (mat=1 & jmat=1;default) 生成单元和设置节理参数generate edge 9.0 range -30,30 -30,30prop mat=1 d=0.00300 k=39060 g=31780prop jmat=1 jkn=20000 jks=20000prop jmat=1 jf=30.0; apply boundary conditions and initial conditions to 在地应力下施加边界条件和初始条件; consolidate model under field stressesbound stress=-24.0, 0.0, -24.0 ygrad=-0.3 0 -0.3insitu stress=-24.0, 0.0, -24.0 ygrad=-0.3 0 -0.3bound yvel 0.0 range -26,26 -21,-19grav 0.0 -10.0; track the x-displacement, and y-displacement over time 追踪位移hist solvehist xdis=0,7 ydis=0,7 type 1solve rat 1e-5; save consolidated statesave seismic1.sav; make excavationdelete range -5,5 -2.5,2.5solve rat 1e-5; save excavated statesave seismic2.sav;rest seismic2.sav; apply seismic load from top (peak velocity=0.04 m/sec);; set up nonreflecting boundarybound mat=1bound xvisc range -26 -23 -21 21bound xvisc range 23 26 -21 21bound xvisc yvisc range -26 26 -21 -19bound xvisc yvisc range -26 26 19 21; apply sinusoidal stress wavebound stress 0 0 -1.25 yhist=cos(100.0,0.0195) range -26 26 19 21;reset time hist disp rothist ydis (-4.48,2.57)hist ydis (0,2.57) yvel (0,2.57) yvel (4,2.57) yvel(-4.48,2.57)hist yvel (0,20) yvel (25,10) yvel (25,-10) yvel (0,-20)hist yvel (-25,-10) yvel (-25,10)hist sxx (25,10) sxx (25,-10) sxx (-25,-10) sxx (-25,10)hist syy (0,20);damp 0.1 1.0 mass; 0.02 sec.cyc time 0.02save seismic3.sav;rest seismic2.sav; apply seismic load from top (peak velocity=0.4 m/sec); set up nonreflecting boundarybound mat=1bound xvisc range -26 -23 -21 21bound xvisc range 23 26 -21 21bound xvisc yvisc range -26 26 -21 -19bound xvisc yvisc range -26 26 19 21; apply sinusoidal stress wavebound stress 0 0 -12.5 yhist=cos(100.0,0.0195) range -26 26 19 21reset time hist disphist ydis (-4.48,2.57)hist ydis (0,2.57) yvel (0,2.57) yvel (4,2.57) yvel(-4.48,2.57)hist yvel (0,20) yvel (25,10) yvel (25,-10) yvel (0,-20)hist yvel (-25,-10) yvel (-25,10)hist sxx (25,10) sxx (25,-10) sxx (-25,-10) sxx (-25,10)hist syy (0,20);damp 0.1 1.0 masssave seismov.sav;; 0.02 sec. —————————————————————————————————————UDEC 实例翻译与命令解析中铁隧道集团科研所——珠穆浪玛cyc time 0.02save seismic4.sav; 0.25 sec.cyc time 0.23save seismic5.sav; 0.50 sec.cyc time 0.25save seismic6.sav; 0.75 seccyc time 0.25save seismic7.sav;rest seismov.sav; make a movie of the groundfall;wind -12 12 -12 12set ovtol 0.05plot block vel max 2.0 blue stress max 50movie onmovie file = seismic.dcxmovie step 1000step 400003 隧道支护荷载Tunnel Support Loading3.1 问题陈述本例模拟展示了UDEC 在检查衬砌隧道方面的应用,着重强调了荷载在混凝土衬砌中的发展,本例也解释了模拟连续建造操作中独立阶段的模拟程序.隧道系统的理想几何体见图3.1.系统包含在海床下大约70m(中线)深度,中线间距12m 的两个隧道, 初始水位在隧道中线上方110m 处.服务隧道直径5.24m,衬砌厚度37cm.主隧道直径8.22m,衬砌厚度46cm.服务隧道先于主隧道开挖和衬砌.随后设置主隧道衬砌,水位上升增加到100m.—————————————————————————————————————UDEC 实例翻译与命令解析中铁隧道集团科研所——珠穆浪玛施工顺序是:(1)开挖服务隧道excavation of the service tunnel;(2)衬砌服务隧道lining of the service tunnel; (3)开挖主隧道excavation of the main tunnel; (4)衬砌主隧道lining of the main tunnel; and (5)升高水位raising of the water level.分析的目的是评价每个施工阶段服务隧道和主隧道支护状况.本例的材料参数见下:岩体——开挖隧道的围岩参数为：弹性模量elastic modulus 0.89 GPa泊松比Poisson’s ratio 0.35单轴抗压强度uniaxial compressive strength 3.5 MPa粘聚力cohesion 1 MPa密度density 1340 kg/m3混凝土衬砌——弹性模量为24 GPa ，泊松比为0.19. 假定衬砌为线弹性材料。

离散单元程序UDEC3DEC 工程案例集

序言针对岩土体问题开发的Itasca数值计算软件FLAC/FLAC3D、UDEC/3DEC、PFC2D/PFC3D无疑赢得了国际范围内最广泛的首肯，已经成为全世界范围内岩土体领域覆盖面最广、用户最多的软件产品，在科学研究和生产实践环节越来越发挥重要的作用。

Itasca软件的开发最早要追溯到1971年Peter Cundall院士提出离散元的概念，80年代初，Itasca推出的第一款商业化数值计算软件为UDEC，此后才陆续发展了其他数值计算软件。

作为一家以解决超常规工程问题为主的高端技术咨询机构，遍布世界五大洲共12个国家的Itasca咨询专家和工程师也是Itasca软件最忠实的用户，在几十年日复一日地应用这些软件解决复杂现实工程问题的同时，也在应用环节积累了独到的心得和体会，成为Itasca标志性技术特长之一。

相对于FLAC/FLAC3D而言，中国岩土工程界或许对非连续方法程序UDEC/3DEC、以及PFC2D/PFC3D的认识还不是很深入，学术界对非连续方法的成熟性可能还存在一些疑虑。

事实上，自80年代起，Itasca专家已越来越广泛地采用非连续方法程序解决复杂的实际工程问题。

鉴于这种情况，我们汇总了UDEC/3DEC的一些应用实例，分别从模型几何构建、计算策略、特定专题、成果解译等几个环节比较系统地介绍了在Itasca内部完成的一些成果。

其中的大多数实例来自中国，也出自Itasca中国公司技术人员之手，更贴近中国现实地介绍一些具有世界水平的应用成果。

实现数值计算工程应用是已经存在的客观现实，实现数值计算工程应用需要丰富的积累，理解并合理选择程序就是基础性环节之一。

我们希望这些实例介绍能帮助数值计算人员更全面地认识UDEC/3DEC程序，更希望通过更合理地选择和运用程序促进数值计算工程应用整体水平的提高。

编者：朱焕春、孟国涛几何篇之案例一：地下工程规则几何形态的模拟问题的提出:水电站、交通、地下实验场等领域的生产和科研工作中地下建筑物的特点是形态规则但结构复杂，对这些规则且形态复杂地下结构洞室群的模拟是数值计算的基础。

计算机数值模拟实验报告

The monotonous and dull air suffocated my young heart and wrapped my flying wings.悉心整理助您一臂（页眉可删）计算机数值模拟实验报告篇一：数值模拟实验报告一、实验题目地震记录数值模拟的这几模型法二、实验目的掌握褶积模型基本理论、实现方法与程序编制，由褶积模型初步分析地震信号的分辨率问题三、实验原理1、褶积原理地震勘探的震源往往是带宽很宽的脉冲，在地下传播、反射、绕射到测线，传播经过中高频衰减，能量被吸收。

吸收过程可以看成滤波的过程，滤波可以用褶积完成。

在滤波中，反射系数与震源强弱关联，吸收作用与子波关联。

最简单的地震记录数值模拟，可以看成反射系数与子波的褶积。

通常，反射系数是脉冲，子波取雷克子波。

（1）雷克子波wave(t)=(1?2π2f2t2)e?2π（2）反射系数：1z=z反射界面rflct(z)=0z=others（3）褶积公式：数值模拟地震记录trace(t):trace(t)=rflct(t)*wave(t)2f2t2反射系数的参数由z变成了t，怎么实现？在简单水平层介质，分垂直和非垂直入射两种实现，分别如图1和图2所示。

1）垂直入射：2）非垂直入射：2ht=2t=图一垂直入射图二非垂直入射2、褶积方法（1）离散化（数值化）计算机数值模拟要求首先必须针对连续信号离散化处理。

反射系数在空间模型中存在，不同深度反射系数不同，是深度的函数。

子波是在时间记录上一延续定时间的信号，是时间的概念。

在离散化时，通过深度采样完成反射系数的离散化，通过时间采样完成子波的离散化。

如果记录是Trace(t)，则记录是时间的函数，以时间采样离散化。

时间采样间距以?t表示，深度采样间距以?z表示。

在做多道的数值模拟时，还有横向x的概念，横向采样间隔以?x表示。

离散化的实现：t=It×?t；x=Ix×?x；z=Iz×?z或：It=t/?t;Ix=x/?x;Iz=z/?z（2）离散序列的褶积traceIt=∞Itao=?∞rflct(Itao)×wave(It?Itao)四、实验内容1、垂直入射地震记录数值模拟的褶积模型；2、非垂直入射地震记录数值模拟的褶积模型；3、点绕射的地震记录数值模拟的褶积模型；五、方法路线根据褶积模型的实验原理编写c++程序，完成对于垂直入射波的褶积。

UDEC实例详解

UDEC实例详解实例1 荷载作⽤下边坡稳定问题朔准线黄河⼤桥，边坡⾼105m，层理间距取3m，岩层视倾⾓6°；主节理间距取2m，视倾⾓85°，计算模型如下：DEM计算模型相关计算参数取值如下：桥基长15m，宽12m，荷载180000kN；灰岩弹性模量E=4×104MPa，泊松⽐µ=0.23，岩体密度γ=2.7×103kg/m3。

newround 0.05set delc offblock 0 0 0 50 50 50 62.6 115.2 68.9 123.9 85.5 132.5 &105.5 140.1 125.4 156.4 180 156.4 180 0jset 85,0 300,0 0 0 3,0 (50 50)jset 6 0 300 0 0 0 4 0 (50 50)gen auto 5change jmat=1 range angle 84 86change jmat=2 range angle 5 7prop mat=1 den=2700 b=1.5e9 s=0.6e9prop jmat=1 jkn=2e9 jks=2e9 jcoh=1e9 jfr=25 jten=1e5prop jmat=2 jkn=2e9 jks=2e9 jcoh=1e10 jfr=35hist n=100 xdis 125.4 156.4 ydis 125.4 156.4hist unbalbound xvel=0 range -1 0.2 -1 50.1bound xvel=0 range 224.9 225.1 -1 157 bound yvel=0 range -1 226 -1 0.1 cyc 5000 save nature.savUDEC (Version 3.10)LEGEND3-Jun-07 23:46 cycle 100000 history plot-6.93E-03 1.14E-01 Vs.0.00E+00 9.45E+010.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 1.00(e+02)-0.200.000.200.400.600.801.001.20(e-01) JOB TITLE :Itasca Consulting Group, Inc. Minneapolis, Minnesota USA变坡点x 位移UDEC (Version 3.10)LEGEND3-Jun-07 23:46 cycle 100000 history plot-1.25E-01 0.00E+00 Vs.0.00E+00 9.45E+010.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 1.00(e+02)-1.40-1.20-1.000.20(e-01) JOB TITLE :Itasca Consulting Group, Inc. Minneapolis, Minnesota USA 变坡点y 位移UDEC (Version 3.10)LEGEND3-Jun-07 23:46 cycle 100000 history plot-3.80E-03 1.39E-01 Vs.0.00E+00 9.45E+010.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 1.00 (e+02)-0.200.000.200.400.600.801.001.201.40(e-01) JOB TITLE :Itasca Consulting Group, Inc. Minneapolis, Minnesota USA 坡顶点x 位移UDEC (Version 3.10)LEGEND3-Jun-07 23:46 cycle 100000 history plot-1.99E-01 0.00E+00 Vs.0.00E+00 9.45E+010.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 1.00 (e+02)-1.00-0.80-0.60-0.40-0.200.000.20(e-01) JOB TITLE :Itasca Consulting Group, Inc. Minneapolis, Minnesota USA 坡顶点y 位移UDEC (Version 3.10)LEGEND3-Jun-07 23:46 cycle 100000 history plot0.00E+00 1.98E+06 Vs.0.00E+00 9.45E+010.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 1.00 (e+02)0.000.200.400.600.801.001.201.401.601.802.00(e+06) JOB TITLE :Itasca Consulting Group, Inc. Minneapolis, Minnesota USA问题定义：; ================================================; --- fluid flow test run ---; --- slope : 10 m high ---; --- 2 joint sets : 20 and 80 deg.; friction = 30 deg.;; --- r.h.s. water level : 6 m --- no failure ---; 8 m; 9 m; 10 m --- failure ---; ================================================;round 0.05定义刚体⾓边圆⾓半径，缺省值0.5，建议为块体边长的1%，设定后不可更改。

udec命令总结精华-正宗

《Udec 命令总结》精华版1. 安装、打开、保存(1) 安装：①执行Udec 3.1→将Crack文件中的内容替换；②复制Udec.exe,粘贴为快捷方式→属性，目标，加入空格256【开始内存8M，将内存改为256】，可以复制快捷方式至桌面或硬盘。

(2) 打开：①直接在udec> 命令行输入；②写好程序，udec>命令输入call，然后将*.txt文件拖入命令行，执行(3) 保存：输入save d:\kaicai.sav, 调用命令rest，将kaicai.sav 拖入命令行【！！！文件名最好不用汉字，有时候不识别】注释：如果保存为save d:\111\kaicai.sav, 注意其中111文件必须提前建好，否则无法保存或者保存错误(4) 操作：Ctrl+Z选中图像可以放大，Ctrl+Z 双击复原，屏幕中会出现十字叉，按住鼠标左键不放，移动光标直到你满意的窗口为止；pause暂停，此时可以察看任何信息；continue继续调用下面程序段。

ESC可以随时进行停止，但不能继续；英文分号; 表示注释不运行命令。

2. 基本命令2.1 基本设置Udec>n【new刷新窗口，从新调用一个程序，修改后的*.txt文件必须输入n，重新运行文本文件】Udec>title 【或heading代表标题，后面紧跟标题的名称。

如：hang dao mo ni 或济宁三号井围岩变形破坏规律研究】Udec> round d 【“圆角”命令，Udec中所有的块体都有圆角，目的是为防止块体悬挂在有棱角的节点上，由于块体悬挂将产生应力集中。

d指块体与块体之间的圆角半径，默认值是0.5，其值要求小于模型中最小块体的最短那条边长的二分之一，最大圆角长度不能超过块体平均棱长的1%。

在block 命令前指定圆角长度。

如：round 0.05】圆角图1 10×10块体圆角Udec>set ovtol 0.5 【此命令是指层与层之间的嵌入厚度，当提示为“overlap too large”时就需要修改此值更大一些，可以显示设计的块体，plot overlap！嵌入太大的原因可能为块体强度太小】Udec>set log onprintset log off 【命令用于导出数据，可以将数据导出至硬盘f:\】命令：set log f:\yuanyan.logprint pline 1 syy 【记录测线1应力】print pline 2 ydisset log off;设置观测线set pline 1 x1,y1 x2,y2 n (n--观测线分的段数)set pline 25,20 300,20 10 ;定义测线，起始点坐标，测线分段2.2 图形划分;块体命令Udec> block x1,y1 x2,y2 x3,y3 x4,y4【建立模型框架，四个坐标角点必须按“顺时针”排列，也可以为五个坐标点。

《udec版本版》课件

确保服务器和客户端的操作系统、内存、存储等满足udec版本的要求。
软件下载与安装
从udec官网下载最新版本，按照安装向导逐步完成安装过程。
配置参数
根据实际需求，配置udec版本的相关参数，如端口号、数据库连接等。
udec版本的团队协同工作流程
团队协作平台搭建
01
建立团队协作平台，包括项目管理、任务分配、进度跟踪等功
面对激烈的市场竞争，udec版本需要不断提升产品品质和服务水平，以赢得用户信任和支持。
新兴市场拓展
拓展新兴市场，发掘潜在用户需求，为udec版本的发展提供更多机遇。
udec版本的未来发展方向
拓展应用领域
将udec版本的应用领域不断拓展，满足更多行业和用户的需求。
提升用户体验
持续优化udec版本的用户界面和功能，提高用户满意度和忠诚度。
开发效率。
持续集成
udec支持持续集成功能，能够将项目的构建、测试和部署等环节集成在一起，实现自动化和持续
化的软件开发流程。
自动化测试
udec支持自动化测试功能，能够自动执行测试用例并生成测试报告，帮助开发者及时发现和修复
问题。
03
udec版本的实施与部署
udec版本的安装与配置
安装环境要求
代码导航
代码重构
udec支持代码重构功能，能够帮助开发者优化和改进代码结构，提高代码的可维护性和可读性。
udec提供了代码导航功能，方便用户快速找到和跳转到代码的特定部分，提高代码阅读和编辑的便捷性。
自动化构建功能
自动化构建
udec支持自动化构建功能，能够根据项目的需求自动完成项目的编译、打包和部署等任务，提高

UDEC_数值模拟（入门学习）

UDEC_数值模拟（⼊门学习）UDEC ⼊门;new 是刷新udec窗⼝，从新调⽤⼀个程序;title 与heading代表标题，后⾯紧跟标题的名称。

如：titlehang dao mo ni;round 指块体与块体之间的圆⾓半径，默认值是0.5，其值要求⼩于模型中最⼩块体的最短那条边长的⼆分之⼀。

如：round 0.05set ovtol=0.5;此命令是指层与层之间的嵌⼊厚度block x1,y1 x2,y2 x3,y3 x4,y4;建⽴模型框架，crack x1,y1 x2,y2;两点划⼀线jregion id n x1,y1 x2,y2 x3,y3 x4,y4 deletejset 90,0 4,0 4,0 6,0 0,-50 range jreg 3;jset 倾⾓,0 线段长,0 线段与线段轴向间隔长,0 垂向间距,0 xm,ym range jregion n;其中xm,ym为起始点坐标,n为设置的区域标号gen quad 10 range xl xu yl yu;在指定的区域⽣成⼀定宽度的单元（xu为x⽅向的取值）zone model mo range xl xu yl yu;使指定的区域材料采⽤摩尔--库仑本构关系计算（即弹塑性）change jcons=2 range xl xu yl yu;使指定的区域节理遵循摩尔--库仑准则计算（即弹塑性）change mat=1 range xl xu yl yuchange mat=2 range xl xu yl yuchange mat=3 range xl xu yl yu;指定各岩层的材料标号change jmat=1 range xl xu yl yuchange jmat=2 range xl xu yl yuchange jmat=3 range xl xu yl yu;指定各岩层的节理标号prop mat=1 dens=2000prop mat=2 dens=2650prop mat=3 dens=2700;指定各材料的密度，⽐如1号材料dens=2000，即1⽴⽅⽶重2吨zone k=0.15e9,g=0.1e9,fric=10.00,coh=0.19e6,ten=0.09e6 range mat=1zone k=2.8e9,g=2.2e9,fric=30.00,coh=1.5e6,ten=0.4e6 range mat=2zone k=6.9e9,g=6.6e9,fric=38.62,coh=5.63e6,ten=3.20e6 range mat=3;k为材料的法向刚度，g为材料的切向刚度，friction为材料的内摩擦⾓，;cohesion为材料的内聚⼒，tension为材料的抗拉强度prop jmat=1 jkn=0.2e8,jks=0.1e7,jcoh=0,jfric=4,jten=0prop jmat=2 jkn=8e8,jks=5e7,jcoh=0.1e6,jfric=8,jten=0prop jmat=3 jkn=20e8,jks=16e7,jcoh=0.4e6,jfric=15,jten=0;jkn为节理的法向刚度，jks为节理的切向刚度，jfriction为节理的内摩擦⾓，;jcohesion为节理的内聚⼒，jtension为节理的抗拉强度set gravity 0,-9.81;设置重⼒加速度，x⽅向为0，y⽅向为-9.8bound xvel=0 range -0.1 3.00 -60.1 20.1bound xvel=0 range 97 100.1 -60.1 20.1bound yvel=0 range 0.1 100.1 -60.1 -58;采⽤位移法固定边界solve\step 5000\cycle 5000;执⾏计算save pingheng.sav;保存⽂件，⽂件的后缀为.sav，⽂件名可以⾃⼰命名。

UDEC经典学习总结

UDEC经典学习总结1.把图形保存下来，能在AUTOCAD(图⽚)中打开、编辑plot block cable red supp ye stru bl;显⽰块体、锚杆（红⾊）、⽀架（黄⾊）、梁（蓝⾊）的图形set plot dxf(jpg) 256；设置图形为256⾊set out c:\ss.dxf(jpg) (set out 1.dxf 这个⽂件保存在当前带数值模拟的⽂件夹⾥)copy c:\ss.dxf(jpg) ( copy 1.dxf 这个⽂件保存在当前带数值模拟的⽂件夹⾥)；把这图形以ss.dxf⽂件保存在C磁盘下2.把数据导出set log onprint pline 1 ydis;把pline 1的y⽅向位移的数据导出到UDEC⽬录下udec.txt⽂件中set log off3.plot block stress ;显⽰块体的应⼒plot block dis ;显⽰块体的位移(有x和y⽅向)plot block pl ;显⽰块体的塑性区(plastic)save xx.save ;保存计算结果res xx.save ;调⽤4.液压⽀架的命令supp xc yc wid l seg n mat j;(xc,yc)是指中⼼点坐标,l指⽀架的宽度,n指分段数,mat j指⽀柱材料性质为j prop mat j sup_kn -1 ;sup_kn指⽀架的刚度,-1与表1相对应del range x1 x2 y1 y2 ;挖掘范围(x1, y1)(x1 ,y2)(x2, y2)(x2, y1)的块体,由⽀架⽀撑table 1 0 42.e6 0.05 5.0e6 0.1 6.0e6;表1表⽰的是液压⽀架的(P-DS)特性曲线5 巷道施⼯中断⾯加梯⼦梁的命令(见图1)stru gen xc yc np 100 fa a thetra b mat=16 thick=0.2 ;100 指分100段,a b 指⾓度prop mat=16 st_ymod=13.5e9 st_prat=0.14 st_den=7800prop mat=16 st_yield=6e7 st_yresid=6e7 st_ycomp=2.5e7prop mat=16 if_kn=1.35e9 if_ks=1.35e9 if_tens=0 if_fric=18 if_coh=0;interface-界⾯例⼦讲解:建模(以⽶为单位,;后为解释部分)round=0.1 ;⽅块的圆⾓块半径为0.1⽶set ovtol=1.0 ;块体与块体之间相互嵌⼊量最⼤值为1⽶bl 0,0 0,26 50,26 50,0 ;在(x1, y1)(x1 ,y2)(x2, y2)(x2, y1)⽣成块体范围crack 0,25 50,25 ;在(x1, y1)(x2 ,y2)两点间画直线jregion id 1 0,0 0,10 50,10 50,0 delete ;删除此区域的块体jset 90,0 2.5,0 2.5,0 3,0 0,0 range jregion 1 ;jset A,0 a,0 b,0 c,0 x0,y0 range jregion 1jset 90,0 2.5,0 2.5,0 3,0 1.5,2.5 range jregion 1 可画成列的线段(见图2)jset 0,0 26,0 0,0 2.5,0 0,0 range jregion 1pa ;当程度运⾏⾄此时暂停,可以看看你所建的部分模型,⽤continue继续运⾏下⾯部分save t.save ;建模保存在t.save中岩层赋属性及原岩⼒平衡计算res t.save ;调⽤已建好的模型gen quad 12 ;定义块体最⼤变形,若没有此语句,刚所有块体均为刚性块体zone model mo range 0,180 0,45.2 ;在范围(x1, y1)(x1 ,y2)(x2, y2)(x2, y1)的块体符合库仑准则change jcons=2 range 0,180 0,45.2 ;节理⾯间接触-coulmb滑移;下⾯主要是讲岩层赋属性change （范围） mat=1 range reg 0,0 0,3 180,3 180,0 ;岩层1的范围change mat=2 range reg 0,3 0,4.5 180,4.5 180,3change mat=3 range reg 0,4.5 0,10.2 180,10.2 180,4.5change mat=4 range reg 0,10.2 0,11.2 180,11.2 180 10.2prop （赋值的意思） mat=1 dens=2500 ;岩层1的密度prop mat=2 dens=2500prop mat=3 dens=1300zone （块体） k=2e10, g=1.1e10, fric=30,coh=2e6,ten=4e6 range mat=1 ;岩层1的块体⼒学参数(见表1)zone k=8.7e9, g=4.2e9, fric=25,coh=1.5e6,ten=1.5e6 range mat=2zone k=13.05e9, g=6.3e9, fric=31,coh=4e6,ten=2e6 range mat=3change jmat(节理)=1 range reg 0,0 0,3 180,3 180,0 ;在这范围1内的块体间相互接触的接触⾯⼒学参数change jmat=2 range reg 0,3 0,4.5 180,4.5 180,3change jmat=3 range reg 0,4.5 0,10.2 180,10.2 180,4.5prop jmat=1 jkn=7e9, jks=2e9, jcoh=0.1e6 , jfric=0,jten=0.1e6 ;在这范围1内的块体间相互接触的接触⾯⼒学参数 prop jmat=2 jkn=6e9, jks=2e9, jcoh=1e6 , jfric=20,jten=1e6prop jmat=3 jkn=6e9, jks=2e9, jcoh=1e6 , jfric=20,jten=1e6;⼯作⾯埋深550⽶set gravity 0,-10 ;地下岩层主要受重⼒,还有构造应⼒(⽔平应⼒=垂直应⼒*侧压系数)bound stress 0,0,-1.375e7 range 0 180 45.1 45.3 ; boundary stress sxx0 ,sxy0, syy0 range x1 x2 y1 y2;(550—煤层到上边界的距离)*2500*(-10)= -1.375e7insitu str -1.5144e7 0 -1.262e7 szz=-1.5144e7 ygrad 3e4 0 2.5e4 zgrad 0 3e4;initi asituate stress 初始设置应⼒ ,侧压系数为1.2;syy=(550+煤层到下边界的距离)*2500*(-10)= -1.262e7（在下边界上施加的⼒）-1.262e7*1.2=-1.5144e7 ,y ⽅向的梯度为=1*2500*10=2.5e4, x 、z ⽅向的梯度为=2.5e4*1.2=3.0e4bound xvel=0 range -0.1 0.1 0 45.2 ;固定左边界(xvel-也就是x ⽅向的速度),见图3bound xvel=0 range 179.9 180.1 0 45.2 ;固定右边界bound yvel=0 range 0 180 -0.1 0.1 ;固定下边界（因为上边界有上覆岩层故不需固定了）solve ;计算save fyuanyan1.save注: insitu str sxx sxy syy szz=-1.6638e8 ygrad sxxy sxyy syyy zgrad szzx szzy(xgrad sxxx sxyx syyy,上⾯没有写,表⽰在x ⽅向没有变化 )(σx=sxx ,σy=syy, σz=szz,τxy=sxy,τxz=sxz, τyz=syz 弹性⼒学;grad 表⽰梯度,即在此⽅向的变化量)(xgrad sxxx sxyx syyy ygrad sxxy sxyy syyy zgrad szzx szzy(sxx=sxx0+sxxx.x+sxxy.y,syy=syy0+syyx.x+syyy.y,szz=szz0+szzx.x+szzy.y)(µ—侧压系数,sxx=syy. µ,szz=syy. µ,sxxy=syyy. µ,szzy=syyy. µ)(τ=c+σ.tg υ,c 值,反映岩⽯剪切时的粘结阻⼒,故称岩⽯的内聚⼒(或粘结⼒) ,υ,值反映岩⽯剪切时摩擦阻⼒,的⼤⼩,故称岩⽯的内摩擦⾓,tg υ,相当于摩擦系数f 。

UDEC4.0使用说明

菜单驱动模式运行离散元1、菜单驱动模式运行离散元对于Itasca加码图形界面是一个菜单驱动的图形界面开发，以协助助用户掌握Itasca代码。

在UDEC中，UDEC—GIIC很容易与点和点击式操作，以访问所有的命令和设施。

该GIIC结构是专门用来模拟预期的Windows功能，并允许显示的项目相对应的离散元操作的一般性鼠标性操作。

你可以能够立即使用UDEC解决问题，无须通过命令来选择你需要的分析。

本节提供了一个GIIC的介绍，并包括一个简单的教程，以帮助您开始。

你会注意到在GIIC主菜单栏中一个帮助菜单。

帮助按钮还包括在GIIC中的每一个工具，并且帮助窗格可以通过在模型工具标签上右击打开。

咨询帮助意见可以得到具体的GIIC功能的详细信息。

图1-1 UDEC—GIIC主窗口在利用UDEC进行全面的项目分析之前，我们强烈建议你阅读离散元用户指南和核查问题和示例应用程序，从而对离散元模型、分配材料特性、模型的初始条件和计算程序获得一个一般性的认识和理解。

1.1进入GIIC并选择分析选项在开始/程序/Itasca/udec菜单中，当UDEC加载时，你可以选择“UDEC 4.01 with GIIC”，自动启动GIIC。

或者，您可以在打开UDEC时，如果你在文本模式下，你可以在“udec>”提示下键入“giic”命令。

GIIC主窗口如图1.1所示。

该代码名称和当前版本号印在标题栏中的窗口顶部，主菜单栏位于标题栏下方的位置。

在主菜单栏下方有两个窗口：一个资源窗口和一个模型视图窗口。

资源窗口包括四个以文本为基本信息的标签。

“console”（控制台）标签显示文本输出和允许命令行输入（在窗口的底部）。

“record”窗口显示生成当前模型项目状态的命令的记录。

该记录以“项目树”的形式，显示保存文件之间的变化。

保存状态显示在树状结构。

数据可以作为离散元组命令形式导出到数据文件，命令组代表所分析的问题。

“FISH”窗口可以打开FISH编辑器，能方便执行FISH的功能。

udi编码解析编程范例

udi编码解析编程范例DI (Unique Device Identifier) 是一种用于医疗器械的全球唯一标识符，它包括UDI-DI (Device Identifier) 和UDI-PI (Production Identifier)。

UDI 的目的是确保医疗器械在供应链中的追踪和识别。

以下是使用Python 进行UDI 编码解析的一个简单示例。

这个示例假设你已经有了UDI 字符串，并且你想将其分解为各个组件。

pythonimport redef parse_udi(udi_str):# 提取 GMDN 代码 (如果存在)gmdn_match = re.search(r'GMDN:(.*?)(?=[,;])', udi_str)gmdn_code = Noneif gmdn_match:gmdn_code = gmdn_match.group(1)udi_str = re.sub(r'GMDN:(.*?)(?=[,;])', '', udi_str)# 提取 UDI-DI 和 UDI-PIudi_di_match = re.search(r'((?:\w{4}){2}\w{2}\w{3})', udi_str) udi_di = Noneif udi_di_match:udi_di = udi_di_match.group(1)udi_str = re.sub(r'((?:\w{4}){2}\w{2}\w{3})', '', udi_str)# 提取 UDI-PI (如果存在)udi_pi_match = re.search(r'((?:\w+[,-])*?)(?=[,;])', udi_str) udi_pi = Noneif udi_pi_match:udi_pi = udi_pi_match.group(1)udi_str = re.sub(r'((?:\w+[,-])*?)(?=[,;])', '', udi_str)else:udi_pi = ''else:udi_di = ''udi_pi = ''return {'GMDN': gmdn_code,'UDI-DI': udi_di,'UDI-PI': udi_pi,}使用方法：pythonudi ="GMDN:ABC1234567890,UDI-DI:1234567890ABC,UDI-PI:1234567890ABC "parsed_udi = parse_udi(udi)print(parsed_udi) # 输出: {'GMDN': 'ABC1234567890', 'UDI-DI': '1234567890ABC', 'UDI-PI': '1234567890ABC'}请注意，这个示例非常基础，仅用于演示目的。

煤层钻孔周围应力场的分析与模拟

煤层钻孔周围应力场的分析与模拟蔺海晓;杨志龙;范毅伟【摘要】Coal gas disaster in the mining industry has been one of the major disasters. Gas extraction is one positive and effective measure. In order to study the influence from the factors of around coal seam drill ground stress around, this paper analyzed the stress level surrounding the oretically seam drill by using numerical simulation software UDEC. It takes numerical simulation research to Shanxi coal mining group Sihe coal mine 370m buried depth of drilling 95mm diameter. Through studying the variation of arounding stress field , it analysed how did various factors of arounding coal field influence the stress field around the coal seam drilling.%煤矿瓦斯灾害一直是世界采矿业中的重大灾害之一,瓦斯抽采是积极防治的有效措施.为了研究地应力等因素对煤层钻孔周围应力的影响,从理论上分析了煤层钻孔周围的应力情况,并利用UDEC数值模拟软件对晋煤集团寺河矿工作面埋深370 m直径为95 mm的钻孔进行数值模拟,通过研究其周围应力场的变化规律,分析了钻孔周围的地应力等各种因素对煤层钻孔周围应力场的影响.【期刊名称】《河南理工大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2011(030)002【总页数】8页(P137-144)【关键词】煤层钻孔;围岩应力;UDEC;侧压系数【作者】蔺海晓;杨志龙;范毅伟【作者单位】河南理工大学土木工程学院,河南焦作454000;河南理工大学能源科学与工程学院,河南焦作454000;阳泉煤业集团专家庄公司,山西阳泉045300【正文语种】中文【中图分类】TD7120 引言钻孔抽采是治理瓦斯灾害的有效途径，煤层尤其是突出煤层顺层钻孔施工的最大障碍是打钻过程中的喷孔、垮孔，发生喷孔、垮孔的原因就是较高的瓦斯压力、地应力以及煤层的松软．老矿区打钻过程中喷孔严重，更为不利的因素是高地应力作用下的煤层因打钻作用导致应力重新分布时，在钻孔壁发生剧烈冲击性崩裂[1].瓦斯抽放主要有巷道抽放和钻孔抽放，而钻孔抽放是目前国内外抽放开采层和邻近层瓦斯的主要方式．钻孔预抽有地面钻孔抽放和井下布孔抽放两种形式，其中井下布孔抽放是预抽开采层和邻近层瓦斯应用最多和较普遍的方法[2]．煤层钻孔的位置、钻孔直径、钻孔周围应力场在很大程度上影响了瓦斯的抽放效果．本文首先从理论上分析了钻孔周围应力分布，并运用UDEC软件对煤层钻孔周围应力场进行数值模拟，根据数值模拟结果分析煤层钻孔周围应力场分布规律，可以为钻孔周围煤体逐渐损伤、破坏、裂隙进一步扩展提供参考和借鉴．另一方面，在钻孔施工过程中经常遇到喷孔、踏孔、卡钻丢钻杆的现象，不仅给施工带来较大困难而且成孔率低，为工作面回采期间留下隐患，可能造成经济损失．所以对煤层钻孔周围应力场的模拟与研究有重要意义，分析结果可以为解决实际工程中的一些问题提供借鉴．1 钻孔围岩应力的理论分析不同的侧压系数钻孔周围应力分布也不一样，侧压系数λ不等于1，即垂向主应力与水平方向主应力不相等，如图1(a)所示[3]．这种应力状态可以分解为两种应力状态，即：第一种情形，在边界上承受均匀压力P(图1(b))；第二种情形，在上下边界上承受均匀压力Q，而在左右边界上承受均匀拉力Q(图1(c))，这里P=-1/2(1+λ)p,Q=-1/2(1-λ)p，(1)力学模型图1(b)的弹性力学解为，(2)力学模型图1(c)的弹性力学解为将式(1)中P=-1/2(1+λ)p代入式(2)，求得力学模型图1(b)的应力解为，将式(3)和式(4)叠加，并假定p=γH即得到侧压系数λ为任意值时圆形钻孔二次应力状态的计算公式为式中:ρ为岩体的密度；H为平均埋深；λ为侧压力系数；r，θ为极坐标；ra为圆形钻孔的半径．2 钻孔周围的应力分布数值模拟UDEC最初是为节理岩石边坡的稳定性分析开发的，对于块体不连续公式和运动方程(包括惯性项)采用显式时间步求解方法，便于块状岩体边坡的渐进破坏分析和大变形运动研究[5]．UDEC常用于采矿工程，已经进行了深部地下采矿洞室的静态与动态分析．洞室围岩破坏诱发的断裂、滑移是用UDEC分析研究的实例之一．本文利用UDEC软件模拟钻孔周围的应力分布．2.1 单个钻孔模拟分析一般钻孔在煤层中都有数十至百米长，所以在本模型中可将其视为平面应变问题[4]．模型中参数取自寺河矿现场测定的一组参数．模型上部主要反映煤岩体自重形成的垂直压力，左右边界的水平位移ux=0，下边界的垂直位移uy=0，力学模型如图2所示．取边长为1 m×1 m的正方形区域，划分为1 000～1 400个单元，模型中部开挖一圆，圆心在点(0,0)，直径为95 mm的钻孔，本构模型选取摩尔-库伦模型．单元的力学参数：煤的体积模量b为2.47×109 Pa，剪切模量为1.2×109 Pa，抗压强度为5.47×106 Pa，抗拉强度为1×106 Pa，煤的密度为1 480 kg/m3，内摩擦角为38°，黏聚力为1.3×106 Pa，煤层上部的岩层厚度为370 m．在模型中节理本构模型选用节理面接触-库伦滑移本构模型．在本文中有一组垂直节理和水平节理都为虚拟节理．本文取不同的侧压系数对钻孔周围的应力进行模拟，研究不同侧压系数对钻孔周围应力分布的影响．(1)侧压系数为1.2.模型中的初始应力sxx=-1.11×106，sxy=0，syy=-9.25×106，szz=-1.11×107，由于模型中煤层块体相对于上覆岩层体积小的多，煤层重力微乎其微，所以煤层重力在此忽略不计．模型的左右和底部边界通过用位移边界条件进行设置：左右边界在x方向的速度为0，底部边界在y方向的速度为0，模型顶部受岩层的重力作用，所以顶部边界用力的边界条件进行设置，受力情况为：sxx=0，sxy=0，syy=-9.25×106．岩石的平均密度为2 500 kg/m3，应力分布如图3～图6所示．在对单个钻孔进行数值模拟时，由图4可以看出模型在进行2 000步的计算之后，最大不平衡力接近0．说明这样的边界条件和初始应力对建模是比较合理的，比较符合实际情况，因为实际情况中的块体受力是平衡的．模型中岩石的泊松比为0.29时，在岩体自重应力场中垂直应力和水平应力分布就是主应力分布．图5和图6为数值模拟的最小主应力和最大主应力分布图也就是钻孔周围水平应力和垂直应力分布图，即θ=0°和θ=90°时钻孔周围的应力分布图，当λ=1.2时由图5和图6可以看出钻孔周围在x方向的应力分布为-6 ～18 MPa，在y方向的应力分布为-6～14 MPa．(2) 侧压系数为0.8.模型中的初始应力sxx=-7.40×106，sxy=0，syy=-9.25×106，szz=-7.4×107，其他参数设置同上．钻孔周围在x，y方向的应力分布如图7、8所示．当λ=0.8时由图7和图8可以看出钻孔周围在x方向的应力分布为-4～11 MPa，在y方向的应力分布由-4～16 MPa．2.2 多钻孔数值模拟分析取边长为2 m的正方形煤层建立模型，在模型的中心位置开挖一圆心(0,0)，直径为95 mm的钻孔，然后在圆心分别为(-0.3，0.3)，(0.3，0.3)，(-0.3，-0.3)，(0.3，-0.3)直径也为95 mm开挖4个钻孔，节理分布情况为：有一组垂直节理和水平节理都为虚拟节理.模型中的节理参数：节理的法向刚度为1×1011 Pa，节理的切向刚度为1×1011 Pa，节理的黏聚力1×1011 Pa，节理的抗拉强度为1×1011 Pa，节理的内摩擦角为20°．模型中的初始应力sxx=-1.11×107，sxy=0，syy=-9.25×106，szz=-1.11×107，侧压系数为1.2，其他参数设置同前．钻井布置网格为菱形，且对角线分别平行于最大主应力和最小主应力[6]．模型及钻孔布置如图9所示．图10、图11分别表示钻孔周围的最大和最小主应力分布．由图10、图11可以看出，在进行多个钻孔开挖时，在孔间距周围一定的范围内，钻孔周围的主应力分布会对彼此产生影响，尤其是对处在中心处的钻孔周围的最小主应力产生较大的影响，在图10中钻孔周围的最小主应力大小分布为-6.5～9.5 MPa，在图11中钻孔周围的最大主应力大小分布为-11～19 MPa．2.3 结果分析在本文中，钻孔的半径ra=47.5 mm，H=370 m，上覆岩层的平均密度为2 500 kg/m3 ．当λ=1.2时，按式(1)-(5)计算沿x，y轴的围岩应力，即θ=0°和θ=90°时钻孔周围的应力分布．计算结果列于表1中．表1 λ=1.2时圆形钻孔的围岩应力Tab.1 Rock stress of the drilling when λ=1.2r/raθ=0°θ=90°1234512345σr0-7.80-9.59-10.24-10.550-7.45-9.04-8.83-8.99σθ-16.65-11.62-10.35-9.88-9.25-24.05-13.88-12.26-11.75-11.10σr/(ρgH)00.841.011.111.1400.80.980.950.97σθ/(ρgH)1.81.261.121.071.02.601.501.331.281.20注：表中应力的单位为MPa，负号表示压应力．通过表1和UDEC数值模拟结果绘制钻孔在理论上的二次应力分布图以及模拟所得的二次应力分布图如图5和图6所示．由图5和图6可以看出，随着离钻孔边界的不同，钻孔周围在x方向的应力分布为-6～14 MPa，在y方向的应力分布为-6～18 MPa．通过理论计算即表1中所列数据可以看出随着r/ra的不断增大，当θ=0°时σr由0变化到-10.55 MPa，σθ由-16.65 MPa变化到-9.88 MPa．当θ=90°时σr由0变化到-8.99 MPa，σθ由-24.5 MPa变化到-11.1 MPa．通过UDEC数值模拟结果即图5和图6可以看出,随着θ的不断增大，当θ=0°时σr由0变化到-10 MPa，σθ由-14 MPa变化到-10 MPa．当θ=90°时σr由0变化到-8.0 MPa，σθ由18 MPa变化到-12 MPa．由此可以看出理论计算与数值模拟得出的结果存在误差但基本上是相吻合的．通过将图12和图13对比，图14和图15进行对比可以看出，理论计算所得到的钻孔的二次应力分布和利用UDEC软件数值模拟所得数据绘制的钻孔的二次应力分布图存在误差，但随着r/ra的不断增大误差逐渐减小且最大误差不超过15%，而且二次应力分布随着r/ra的不断增大理论计算与模拟结果基本上吻合．说明利用UDEC软件对钻孔周围应力分布进行数值模拟是可行．存在误差的原因是在模拟时节理处的处理可能会对模拟结果产生影响，另一方面，由于模拟的模型范围取值比较小没有考虑模型本身的自重对模拟结果产生影响，所以导致模拟结果和理论计算之间产生误差．当λ=0.8时按式(1)～(5)计算沿x，y轴的围岩应力，即θ=0°和θ=90°时钻孔周围的应力分布，计算结果列于表1中．通过表2和UDEC数值模拟结果可绘制钻孔在理论上的二次应力分布图以及模拟所得的二次应力分布图．表2 λ=0.8时圆形钻孔围岩应力Tab.2 Rock stress of the drilling when λ=0.8r/raθ=0°θ=90°1234512345σr0-6.24-6.85-7.10-7.210-6.42-7.95-8.50-8.77σθ-20.35-11.50-10.21-9.78-9.59-12.95-9.31-8.29-7.91-7.73σr/(ρgH)00.670.740.770.7800.690.850.860.95σθ/(ρgH)2.201.241.101.06 1.041.401.010.900.860.84注：表中应力的单位为MPa，负号表示压应力．由图7和图8可以看出，随着离钻孔边界的远近不同钻孔周围在x方向的应力分布从-4 MPa到-11 MPa，在y方向的应力分布从-4 MPa到-16 MPa．通过理论计算即表1中所列数据可以看出，随着r/ra不断增大，当θ=0°时，σr由0变化到-7.21 MPa，σθ由-20.35 MPa变化到-9.59 MPa．当θ=90°，时σr由0变化到-8.77 MPa，σθ由-12.95 MPa变化到-7.73 MPa．通过UDEC数值模拟结果图7和图8可以看出，随着r/ra的不断增大，σr当θ=0°时由0变化到-6 MPa，σθ由-16 MPa变化到-10 MPa．当θ=90°时σr由0变化到-8.0 MPa，σθ由-11 MPa变化到-8 MPa．由此可知理论计算与数值模拟得出的结果基本上是相吻合的．通过将图16和图17对比，图18和图19进行对比可以看出理论计算所得到的钻孔的二次应力分布和利用UDEC软件数值模拟所得数据绘制的钻孔的二次应力分布图式基本上吻合．通过模拟结果可以知道当λ=1.2时，钻孔周围的最大应力分布在x方向．λ=0.8时钻孔周围的最大应力分布在y方向，且侧压系数越大钻孔周围的应力分布也就越大．从模拟结果可以看出当离钻孔距离大于5倍的钻孔半径处的应力分布接近于初始应力．表明钻孔距离大于5倍钻孔半径时应力分布基本上不再受钻孔开挖的影响．利用UDEC软件对多个钻孔周围的应力进行数值模拟，钻孔在如图9所示的布置情况下，由图10可以看出各钻孔的最小主应力分布彼此之间会产生影响，尤其是对中间钻孔最小主应力分布影响比较大．通过图11可以看到各钻孔的最大主应力分布彼此之间是没有影响的，且钻孔周围的最小主应力大小分布由-6.5 MPa到-9.5 MPa，最大主应力大小分布由-11 MPa到-19 MPa，多个钻孔周围的应力分布明显比单个钻孔周围的应力分布范围要大．3 结论(1)通过理论计算得出的钻孔围岩应力分布同模拟结果相比较，可以看出两者的钻孔围岩应力分布图基本上是吻合的，说明利用UDEC软件对钻孔进行数值模拟时可行的．有数值模拟结果可知：晋煤集团寺河矿工作面埋深370 m，直径为95 mm的钻孔周围的应力分布，当λ=1.2时，在x方向的应力分布从-6 MPa到-14 MPa，钻孔周围在y方向的应力分布从-6 MPa到-18 MPa．当λ=0.8时，在x 方向的应力分布从-4 MPa到-11 MPa，在y方向的应力分布从-4 MPa到-16 MPa．可见随着侧压系数的增加钻孔周围的应力也在不同程度的增大．(2)由数值模拟结果可以看出，当λ=1.2时，在θ=0°且1倍于钻孔半径处的点在y 方向的应力是初始应力在y方向的应力的1.8倍左右．θ=90°且1倍于钻孔半径处的点在x方向的应力是初始应力在x方向的应力的2倍左右．当λ=0.8时，在θ=0°且1倍于钻孔半径处的点在y方向的应力是初始应力在y方向的应力的1.3倍左右．θ=90°且1倍于钻孔半径处的点在x方向的应力是初始应力在x方向的应力的2倍左右．当距圆形钻孔的圆心的距离大于5倍时处，围岩应力基本上接近于初始应力．(3)对多个钻孔数值模拟可知，在本文中孔间距为60 cm时，各钻孔周围的最小主应力力分布彼此之间影响较大，尤其是对中间钻孔周围的最小主应力影响更为明显．各钻孔周围的最大主应力分布基本上没有影响．建议在晋煤集团寺河矿布置钻孔群时孔间距应根据实际情况进行合理设计，以免影响各钻孔周围的应力分布．参考文献：[1] 林府进，徐贵发，董钢锋.松软突出煤层顺层长钻孔成孔技术研究[J].矿业安全与环保，2006，33(2)：10-14.[2] 吴伟海,龙祖根.贵州省煤层瓦斯抽采技术探讨[J].煤炭技术,2010(2):214-216.[3] 高延法，张庆松.矿山岩体力学[M].徐州：中国矿业大学出版社,2000.[4] 易丽军，俞启香.密集钻孔周围透气性与加载应力关系的模型实验[J].矿业安全与环保，2005，32(6):46-48.[5] 王泳嘉，邢纪波.离散单元法及其在岩土力学中的应用[M].沈阳：东北工学院出版社，1991.[6] 王鹏，茅献彪，杜春志，等.煤层钻孔水压致裂的裂缝扩展规律研究[J].采矿与安全工程学报，2009，26(1)：31-35.[7] 徐芝纶.弹性力学[M].北京：高等教育出版社，2006.[8] 卢平．排放钻孔有效半径的简易确定方法[J]．东北煤炭技术，1996(2)：36-38.[9] 柏发松.煤层钻孔瓦斯流量的数值模拟[J].安徽理工大学学报，2004,24(2)：9-12.[10] 李霄尖，姚精明，刘会田，等．基于UDEC的高位钻孔抽放瓦斯数值模拟研究[J].中国煤炭，2008，34(8)：93-99.[11] 王路珍，杜春志，卜万奎，等．煤层钻孔孔壁瓦斯涌出的数值模拟[J].矿业安全与环保，2008，35(6)：4-6.。