不同侧压力系数在Flac3D模拟中对巷道围岩塑性区及其位移变化的影响研究.

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基于FLAC3D的强动压影响巷道应力场数值模拟与分析

平朔井工一矿19109辅运顺槽邻近19108工作面，煤柱宽度20m，19108工作面正在回采，为确保采掘接续，19109辅运顺槽掘进与19108工作面回采形成“对掘”，因此19109辅运顺槽受到强烈的动压影响，主要表现为巷道底鼓和煤帮煤体片落，同时在距离巷道开口1051~1642.5m 范围为普23孔背斜-向斜构造影响区域，巷道掘进时同样将面临巷道支护问题。

因此研究工作面回采期间临近巷道围岩应力场变化具有重要的现实意义。

1　数值计算建模此次建模依据矿井实际地质状况，利用三维直角坐标系，XY 平面定义为水平面（X 轴正向水平向右，Y 轴正向垂直向内），Z 轴为垂直方向（规定向上为正）。

模型以数值计算为主，划分共计173850个单元，184512个节点。

定义三维模型的边界条件为：四周采用铰支，底部采用固支，上部为自由边界。

按地质力学实测数值施加初始应力。

数值计算中，模拟了19109辅运巷、19108主运巷掘进及19108工作面回采对各条巷道围岩应力和变形的影响情况。

基于FLAC3D 的强动压影响巷道应力场数值模拟与分析徐晓煜（中煤平朔集团公司井工一矿,山西朔州 036000）摘　要：通过对中煤平朔井工一矿受强动压影响巷道19109辅运顺槽进行围岩应力测试，采用FLAC3D 软件进行数值模拟分析，结果表明：19109辅运巷掘进时巷道围岩应力受19108工作面回采动压影响明显，19108工作面回采时，垂直应力增高区主要集中在工作面后方两侧及工作面正前方一定范围，并随工作面回采，煤柱应力持续增加。

关键词：强动压；应力场；数值模拟；回采动压DOI:10.16640/ki.37-1222/t.2019.16.079 由上图可知，19109辅运巷和19108主运巷掘进后，巷道围岩垂直应力存在叠加，煤柱间垂直应力最大可达13.05MPa，巷道顶板最大下沉量据现场观测为11.1mm，最大底鼓量25.3mm；水平应力集中区域分布于巷道的顶板和底板，最大水平应力值为27.43MPa，两帮最大变形量据现场观测为35.5mm。

不同侧压力系数在Flac3D模拟中对巷道围岩塑性区及其位移变化的影响研究.

不同侧压力系数在Flac3D模拟中对巷道围岩塑性区及其位移变化的影响研究摘要：水平应力是影响巷道围岩稳定性的重要因素之一。

本文以鹤壁二矿-347工作面上顺槽的实际围岩条件为基础，运用flac3d软件建立了水平方向及底部边界为固定边界，顶边界为应力边界，巷道水平布置在中间的数值模型。

在有U钢支护的状态时，不同侧压力系数对巷道围岩的塑性区分布及其总位移的变化。

研究表明：当侧压力系数从1增至2时，塑性区分布逐步向巷道深部发展，塑性区的单元格数从86增至170。

巷道的最大位移主要发生在巷道的顶板和底板，随着侧压力系数的变化，总位移的最大值从24mm增至55mm。

关键词：侧压力系数；总位移；塑性区；flac3dStudy on the influence of different side pressure coefficient for plastic zone and the displacement change in simulation of the surrounding rock of Flac3DAbstract: Horizontal stress is one of the important factors affecting the stability of surrounding rock. In this paper, by the actual conditions of surrounding rock, basing on the plane -347 above the slot rock in hebi 2 coal mine, establishe by flac3d horizontal direction and bottom boundary for fixed boundary, the boundary for stress boundary, decorating in the middle of the level of numerical model. when U steel supporting, different side pressure coefficient of surrounding rock change the plastic area of the distribution and the total displacement. Research shows that: when the lateral pressure coefficient is from 1 to 2, the plastic area is gradually transfering to deep, and the cell number is increasing from 86 to 170. The maximum displacement mainly occurs in the roof and floor of roadway, and along with the change of the lateral pressure coefficient, the maximum displacement is from 24 mm to 55 mm.Key words: Side pressure coefficient; Total displacement; The plastic area; flac3d1 引言构造应力是由于地壳运动在岩体中引起的应力．其主要特点是以水平应力为主，具有明显的区域性和方向性，它是影响巷道围岩稳定的重要因素之一［1～3］。

基于FLAC^3D的冲击矿压围岩变形规律研究

收稿日期：２０１９－０４－２２；责任编辑：陈朋磊ＤＯＩ：１０．１９３８９／ｊ．ｃｎｋｉ．１００３－０５０６．２０１９．０８．０３８作者简介：李文锋（１９７７—），男，河南渑池人，工程师，２００７年毕业于河南理工大学，现从事煤矿管理工作。引用格式：李文锋．基于ＦＬＡＣ３Ｄ的冲击矿压围岩变形规律研究［Ｊ］．能源与环保，２０１９，４１（８）：１６９１７２．
ＬｉＷｅｎｆｅｎｇ．ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｌａｗｏｆｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇｒｏｃｋｕｎｄｅｒｒｏｃｋｂｕｒｓｔｂａｓｅｄｏｎＦＬＡＣ３Ｄ［Ｊ］．ＣｈｉｎａＥｎｅｒｇｙａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎ，２０１９，４１（８）：１６９１７２．
·１６９·
２０１９年第８期
.,+.-
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图１动静载荷叠加作用下诱发的巷道冲击破坏Ｆｉｇ１Ｒｏａｄｗａｙｉｍｐａｃｔｄａｍａｇｅｉｎｄｕｃｅｄｂｙｄｙｎａｍｉｃａｎｄｓｔａｔｉｃｌｏａｄｓｕｐｅｒｐｏｓｉｔｉｏｎ
０引言
随着矿井采深深度和规模逐年增加，矿井开采条件越来越复杂，致使冲击矿压、顶板跨落、岩爆等动力灾害越来越严重，冲击矿压是世界上采矿工程常见的灾害，具有很大的破坏性，给矿井安全带来了严重威胁。国内外学者对冲击矿压围岩变形规律和防治进行很多研究，窦林名等［１］对冲击矿压的强度弱化减冲理论及其应用进行研究，采取松散煤岩体的方式，对冲击倾向性和煤岩体的强度进行降低，使得应力高峰区转向岩体深部转移，从而防止冲击矿压的发生；蔡武［２］研究了断层型冲击矿压的动静载
中图分类号：ＴＤ３２４文献标志码：Ａ文章编号：１００３－０５０６（２０１９）０８－０１６９－０４
ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｌａｗｏｆｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇｒｏｃｋｕｎｄｅｒｒｏｃｋｂｕｒｓｔｂａｓｅｄｏｎＦＬＡＣ３Ｄ

基于FLAC3D模拟不同倾角断层下隧道围岩稳定性分析

基于FLAC 3D模拟不同倾角断层下隧道围岩稳定性分析摘要：本研究以狮子洋隧道为例，采用FLAC 3D软件模拟四个不同倾角的断层，探讨各倾角断层下隧道开挖前后围岩应力和应变变化。

结果显示，断层破碎带的初始地应力分布不均匀，尤其在破碎带处波动明显。

当开挖至破碎带，围岩应力降低迅速，隧道变形增大。

同时，断层倾角减小时，隧道开挖影响范围扩大，破碎带隧道位移更大更集中，围岩应力分布更不均匀。

主要表现为围岩应力在断层处下降幅度加大，隧道应力集中区域应力更密集更高。

关键词：有限差分法；数值模拟；断层落差Stability analysis of tunnel surrounding rock under different drop faults based on FLAC 3D simulationZhang YangTian1Abstract: This study takes the Shiziyang Tunnel as an example and uses the FLAC 3D software to simulate four different dip angles of faults, exploring the changes in stress and strain of surrounding rock before and after tunnel excavation under each dip angle fault. The results show that the initial stress distribution of the faulted zone is uneven, especially with significant fluctuations in the fractured zone. When excavating to the fractured zone, the surrounding rock stress decreases rapidly, and tunnel deformation increases. At the same time, when the fault dip angle decreases, the range of tunnel excavation influence expands, and the displacement of the fractured zone tunnel is larger and more concentrated, and the stressdistribution of surrounding rock is more uneven. This is mainly manifested by the greater decrease in rock stress at the faultlocation and a more concentrated and higher stress region in the tunnel's stress concentration area.Keywords: finite difference method; Numerical simulation; Fault drop随着中国的加速发展，基础设施的建设也成为中国迫切需要解决的问题，其中地质隧道和地下工程的复杂性成为中国隧道工程发展中遇到的最大问题。

基于FLAC~(3D)的大断面岩巷支护数值模拟分析

抗拉强度 / Ｐａ８. １８ × １０６２. ５８ × １０６１. ８３ × １０６
密度 / ( ｋｇ��ｍ－３ ) ２６００２４４０２３４０
收稿日期:２０１８��０��３��１��５作者简介:李文芳(１９７６－ ) ꎬ女ꎬ山西长治人ꎬ工程师ꎬ从事煤矿技术及管理工作ꎮ
为保障煤矿的安全开采ꎬ岩巷支护成为煤矿发展的重要研究课题[１－２] ꎮ 单仁亮等[３] 通过结合理论分析
１工程概况
和数值模拟得出巷道帮部和角部是支护的关键部１. １地质条件
位ꎬ加强其支护强度有利于提高巷道整体稳定性ꎻ岳振辉[４] 通过对不同监测断面的围岩应力进行监测ꎬ 确定了采空区下回采巷道支护方案ꎻ卓先德等[５] 通过ＦＬＡＣ３Ｄ软件研究了巷道围岩高强预紧力支护形
表１岩层物理力学参数
岩层名称细砂岩粉砂岩泥岩
弹性模量 / Ｐａ１２. １０３ × １０９９. ６０９ × １０９６. ０１３ × １０９
切变模量 / Ｐａ１０. ６４２ × １０９６. ９０９ × １０９２. １０３ × １０９
内摩擦角 / (°) ３９５４２２
内聚力 / Ｐａ９. ８６ × １０６４. ３ × ｔｉｏｎＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＬａｒｇｅＳｅｃｔｉｏｎＲｏｃｋＲｏａｄｗａｙＳｕｐｐｏｒｔＢａｓｅｄｏｎＦＬＡＣ３Ｄ
ＬＩＷｅｎ��ｆａｎｇ
( ＣｈａｎｇｚｈｉＳｕｂｕｒｂａｎＣｏａｌＩｎｄｕｓｔｒｙＢｕｒｅａｕꎬＣｈａｎｇｚｈｉ０４６０００ꎬＣｈｉｎａ)
Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｓｏｌｖｅｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｏｆｓｅｒｉｏｕｓｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎａｎｄｄｉｆｆｉｃｕｌｔｓｕｐｐｏｒｔｏｆｌａｒｇｅｓｅｃｔｉｏｎｒｏａｄｗａｙｉｎｃｏａｌｍｉｎｅꎬ ｔｈｅｄｅｆｏｒｍａ￣ｔｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｒｏａｄｗａｙｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇｒｏｃｋａｒｅｓｔｕｄｉｅｄｂｙＦＬＡＣ３Ｄｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｏｆｔｗａｒｅꎬ ａｎｄｔｈｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｐｌａｓｔｉｃｚｏｎｅꎬ ｓｔｒｅｓｓａｎｄｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｏｆｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇｒｏｃｋａｆｔｅｒｔｕｎｎｅｌｅｘｃａｖａｔｉｏｎｉｓｃｏｍｐａｒｅｄａｎｄａｎａｌｙｚｅｄ. Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｓｕｐｐｏｒｔ￣ｉｎｇｅｆｆｅｃｔｏｆｒｏａｄｗａｙｄｅｓｉｇｎｃｏｎｔｒｏｌｓｔｈｅｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｒｏａｄｗａｙｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇｒｏｃｋａｎｄｉｍｐｒｏｖｅｓｔｈｅｓａｆｅｔｙｏｆｒｏａｄｗａｙ. Ｔｈｅｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇｓｃｈｅｍｅｍｅｅｔｓｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｏｆｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇｒｏｃｋꎬ ｗｈｉｃｈｉｓｒｅａｓｏｎａｂｌｅａｎｄｆｅａｓｉｂｌｅ. Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｒｏｃｋｒｏａｄｗａｙꎻ ｂｏｌｔｉｎｇａｎｄｓｈｏｔｃｒｅｔｅｓｕｐｐｏｒｔꎻ ｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇｒｏｃｋꎻ ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ

FLAC^3D在巷道支护中的数值模拟分析

ＶｌＡＣ在巷道支护中的数值模拟分析
田龙（山西寿阳潞阳祥升煤业有限公司，山西晋中０４５４００）
摘要：本文以潞宁煤业２＃煤西翼扩区轨道运输大巷支护为工程背景，以地质力学条件为基础，通过数值模拟分析，系统地对轨道运输大巷的围岩稳定性和锚固参数与锚固效果进行了研究，为指导围岩支护提供了有效地分析方法。关键词：ＦＬＡＣ；运输大巷；支护
— —
潞宁煤业２煤平均采深４００ｍ，近水平煤层，煤层平均厚度４．１３ｍ。各巷道均沿煤层底板掘进，考虑回采动载对巷道围岩稳定性的影响，计算中工作面推进１５０ｍ，则模型宽１５０ｍ；轨道大巷宽５ｍ，高３．７ｍ，模拟两侧煤柱分别为５８ｍ和３０ｍ，模拟２２１０６工作面长１６０ｍ和２２１１０工作面长１７５ｍ，则模型长４８１ｍ；取２艨顶板岩层４０ｍ，煤层厚度４．１３ｍ，底板岩层２０ｍ，则模型总高度６４．１３ｍ。模型的四个侧面为限制水平位移边界，底部为固定边界，限制水平移动和垂直移动。整个模型共划分１８６０００个单元，１９７６４６个结点。计算模型
ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒｂａｓｅｄｏｎｇｅｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓａｎｄｔｈｅｎｕｍｅｉｒｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎａｌｙｓｉｓ，ｒｏｃｋｓｔａｂｉｌｉ－ｔｙ，ａｎｃｈｏｒａｇｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓａｎｄａｎｃｈｏｒｅｆｆｅｃｔｏｆｒａｉｌｔｒａｎｓｐｏｔｒｒｏａｄｗａｙｗｅｒｅｓｔｕｄｉｅｄｓｙｓｔｅｍａｔｉｃａｌｌｙ，ｐｒｏｖｉｄｉｎｇａｎｅｆｆｅｃｔｉｖｅａ－

基于FLAC3D数值模拟的巷道支护参数优化及分析

图２二次采动影响时巷道围岩塑性区分布图
图２表明，受二次采动影响时，相较于原支护方式，优化支护参数后的顶板及煤柱侧塑性区分布范围明显缩小。优化支护参数后，巷道围岩承载能力增强，因而巷道围岩发生塑性破坏的可能性减小，围岩塑性区分布范围减小。通过以上分析可知，受二次采动影响时，虽然回风顺槽围岩应力进一步增大，但优化支护方式后围岩承载能力增强，塑性区范围减小，《下转第１１５页）
中图分类号：Ｆ４０６．３；ＴＤ３５３
１工程背景
文献标志码：Ｂ
文章编号：１００８— ０１５５（２０１７）０８— ００９１ — ０１由图１可知，在二次采动影响效应下，两种支
该矿３１１１０２工作面回风顺槽位于第一水平的３—１煤层中，煤层厚度为５．２ｍ～５．６ｍ，平均为５．５ｍ，煤层倾角为０。～３。，总体呈东高西低，第一水平标高＋６６０ｍ，埋深为６００ｍ。煤层顶底板岩石主要为砂质泥岩、粉砂岩，次为中细粒砂岩及粗粒砂岩。顶板岩石的抗压强度为５１．２ＭＰａ，抗剪与抗拉强度较低，岩石的软化系数小于０．７５，均为软化岩石。２巷道支护参数回风顺槽原有支护顶板锚杆采用￣２０ｍｍ × ２２００ｍｍ的无纵筋螺纹钢锚杆，锚杆间排距为１０００ｍｍ×１０００ａｍ，ｒ采用．５ｍｍ、网格１００ｍｍ × １００ｍｍ的焊网；顶板锚索采用１．６ｍｍ × ７３００ｍｍ预应力钢绞线，锚索间排距为１６００ｍｍ× ３０００ｍｍ，两帮采用锚索进行一次支护，锚索采用１．６ｍｍ ×４２００ｍｍ预应力钢绞线，问排距为１６００ｍｍ×３０００ｍｍ，每｝ｊ｝３根，间距为１．４ｍ，扫｝距２．６ｍ，每根３卷树脂药卷锚固。结合松动圈测试、锚杆（索）受力监测及巷道变形观测结果对支护参数进行优化，优化后改用￣２０ｍｍ× ２５００ｍｍ的高强度锚杆全长锚固，锚杆间排距为８００ｍｍ ×８００ｍｍ；顶板锚索采用Ｏ２１．６ｍｍ× ９２００ａｍ预应力钢绞线，ｒ两帮采用锚索进行一次支护，锚索采用Ｏ２１．６ｍｍ ×６２００ｍｍ预应力钢绞线，其他支护条件不改变。３数值模拟计算根据Ｍｏｈｒ— Ｃｏｕｌｏｍｂ破坏准则 … ，结合３ｌ１１０２工作面地质开采条件，建立三维数值计算模型（见图１）。模型初始位移和速度均按零计算，原始主应力方向分别与模型三个坐标轴一致。为分析巷道掘进及工作面回采时巷道围岩支护效果，因此可按各岩层自重进行模拟，模型的四个侧面为位移边界，水平位移固定不动，底部为固定边界，位移和垂直位移固定不动。３．１支护参数优化前后的巷道变形量

试验巷道不同支护方案下FLAC~(3D)模拟分析

（１Ｌ西晋能集团长治有限公司三元中能煤业，山西长治０４６６０５）
［摘
要］以某矿１３０８掘进工作面为研究对象，在掘进巷道支护形式与参数合理选择的研究中，科学地对比了不同支护方案下数值模拟、、根据煤层的地质条件与顸底板的情况，对巷道围岩垂直应力、水平应力、巷道围岩变形量进行了数值模拟分析，得到了该巷道变形应力场、位移场，从而为该工作面掘进巷道支护方案的优化提供了理论依
图１工况１：两巷构造带区段垂直应力云图
巷断而均为５．０ｍＸ３３１１１，巷道支护参数的研究
分为４种Ｔ况：
Ｊ况１（构造破碎带区段）：顶板锚杆问排
距９００Ｆｉｌｍ ×８００ｍｍ；巷帮锚杆问排距７５０ｍｍＸ
ｌｌＯ０００ｅ．￣铀Ｏ＿锕 ∞Ｈ ∞Ｏ
Ｉ｝ ∞∞● 棚切Ｓｏａ０ｏｍ２ｉ｝５ＯＯ￣Ｏｅ．￣ｌｏ１（ｍＯｅ－￣
３ — ３ — ０布置，锚索规格及其他支护参数Ｔ况１
相同。
强’ ∞ ｏ０曲Ｄ１ｂ１ｓ。Ｏｏｅ舶＇＿１ＳＯｏｏ摹 ∞，ｂ１９４ｓ５０ｏ ’
能源技术与管理
６２
ＥｎｅｒｇｙＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎ（１Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ

软岩巷道围岩稳定性的FLAC 3D数值模拟研究

ｗｒａｙｅ．Ｔｅｓａｉｔｆｓｒｕｄｎｏｋｏｏｄａｎｅｅａｌｚｄｈｔｂｌｙｏｕｒｎｇｒｃｆｒａｗｙａｄｎｉｏｉ
ｔｅｕｉｉａｐｏｔｃｒｅｅｕｇｙｔｅｃｌｈｓｃｒｏｐｍｒｓｐｒｓｕｔｅｗｒｄｅｓｎｈｔａｅｙｔｆｒｙｕｔｒｕｊｄｉ —
ａａｙｅｈｄｆｒａｉｎｎｄｍａｅｒｃｓｏｓｒｏｎｉｇｎｔｅｅｏｔａｄａｇｐｏｅｓｆｕｒｕｄｎｌｚｍｏ
ｒｃ．Ｔｅｄｆｒｔｎａｄｓｒｓｏｄｔｎｏｕｒｕｄｎｏｋｏｋｈｅｏｍａｉｎｔｓｅｎｉｏｆｓｒｎｉｇｒｃｏｅｌｏ
ＡｂｔａｔＴｅｄｆｒｔｎａｄｍｏｅｎｆｓｒｕｄｎｏｋｏｓｒｃ：ｈｅｏｍａｉｎｖｍｅｔｕｒｎｉｇｒｃｆｏｏｏｓｆｒｃｏｄｙｈｓｉｏｔｎｆｃｏｔｅｓａｉｔｆｗｈｌｏｔｏｋｒａｗａａｍｐｒｔａｅｔｔｈｔｂｌｏｏｅａｉｙｒａｗａｔｃｕｅＴｅｆｉｉｅｅｃｓｆｒＬＣＤｏｏｄｙｓｒｔｒ．ｈｎｔｄｆｒｎｅｏｔｅＦＡ３ｆｒｕｉｅｗａ
处理方法是：左右边界只约柬Ｘ方向的位移，前后只约束Ｙ向的位移，方即单约柬边界；下部边界为全约束边界；上部边界不约束。ＦＡ如程序将计算单元ＬＣ
ＦｓＬ＝ｇａｎｌｓｆＣｎｉｕａａｐｅｔｄｎａｔａ￣ｎＡａｙｉｏｏｔａＷｐｌｄｔｓｙａｄｇｉｓｎｓｉｏｕ

基于FLAC^3D模拟的软岩巷道地压显现规律研究

规律ꎬ结果表明:由于侧压系数的不同ꎬ巷道开挖后在巷道底板和两帮拐角处出现应力集中ꎬ并在两帮中间位置出现了拉应力ꎬ最
大拉应力为０. ０１３２ＭＰａꎻ随着侧压系数的增加ꎬ巷道的水平位移大于垂直位移且偏帮严重ꎻ整个巷道塑性破坏明显ꎬ塑性区主要
分布在巷道顶板上０. ８ｍ左右和底板下１ｍ左右ꎬ说明巷道围岩自稳能力差ꎬ需要采取支护手段ꎬ为研究巷道矿压显现规律提供
基于ＦＬＡＣ３Ｄ模拟的软岩巷道地压显现规律研究 ★
李涛
李明亮
单麒源
巩宪辉
刘炜楠
刘伟
( 黑龙江科技大学矿业工程学院ꎬ黑龙江哈尔滨１５００２２)
摘要:为了研究软岩巷道围岩矿压显现规律ꎬ采用ＦＬＡＣ３Ｄ数值软件模拟不同侧压系数下ꎬ巷道围岩应力、位移和塑性区的变化
１６. ８ｍ( ｙ方向) ꎬ铅垂方向取１６. ８ｍ( ｚ方向) ꎬ根据矿区巷
道的主要破坏情况和研究的影响因素ꎬ本研究选取２００中
段为研究对象ꎬ巷道埋深约６００ｍꎬ 根据巷道上部覆岩岩
收稿日期:２０２０￣０５￣０８ ★:２０１８年度黑龙江省省属本科高校基本科研业务费项目( Ｈｋｄｃｘ２０１８０１)
围岩变形破坏随埋深的增加而增大ꎬ而此过程存在一个临界
深度ꎬ超过临界深度ꎬΒιβλιοθήκη 岩的变形将急剧增加ꎮ ３) 软岩巷道
变形具有显著的方向性ꎬ在不同的应力作用下ꎬ变形破坏的
方向也不同ꎬ巷道自稳时间较短ꎬ自稳能力相对较差ꎮ ４) 软
岩巷道时常表现为非对称的环向受压现象ꎬ巷道变形破坏的
主要形式为顶板下沉冒落、两帮收敛变形和剧烈的底鼓ꎮ
地压活动规律 [８ꎬ９] ꎮ 因此ꎬ研究不同围岩( 侧压系数) 对巷

基于FLAC3D的调压井开挖三维应力应变分析

基于FLAC3D的调压井开挖三维应力应变分析李泽;姚激【摘要】In this study, FLAC3D software was employed to proceed 3-D nonlinearly simulating analysis on surge chamber structure for a hydropower station.The elastic-plasticity constitutive equations were used to establish numerical model of surge chamber structure, and geometrical boundary condition, initial ground stress and excavation works were simulated.In the model, the anchor arms elements were located in the surround rock of surge chamber structure on the excavatingprocess.Stress-strain of structure had been analyzed, The stability of surround rock was evaluated.%采用有限差分法大型商用软件FLAC3D对某水电站调压井井筒的开挖过程进行三维非线性模拟,采用三维弹塑性本构模型,构建了调压井的三维计算数值模型,准确模拟边坡坡体结构、初始地应力、施工开挖过程等,并采用FLAC3D中的锚杆单元模拟调压井开挖时的锚固措施,分析锚杆布置的合理性与安全性,根据计算结果分析调压井所处边坡区域的岩体在开挖施工期及运行期典型工况下的应力和变形状况,对调压井的整体、局部稳定性进行了评价分析.【期刊名称】《云南农业大学学报》【年(卷),期】2011(026)001【总页数】5页(P92-96)【关键词】有限差分法;FLAC3D;调压井;开挖;锚杆【作者】李泽;姚激【作者单位】昆明理工大学建筑工程学院工程力学系,云南昆明650051;昆明理工大学建筑工程学院工程力学系,云南昆明650051【正文语种】中文【中图分类】TU3131 概述FLAC是Fast Lagrangian Analysis of Code的缩写，可翻译为连续介质快速拉格郎日分析，是由美国Itasca公司开发的有限差分软件［1］，可以进行土质、岩石和其他材料的三维地下结构受力特性模拟和塑性流动分析，通过调整三维网格中的多面体单元来拟合实际结构。

FLAC3D在巷道支护中的模拟分析

FLAC3D在巷道支护中的模拟分析
FLAC3D在巷道支护中的模拟分析
郭力,赵静,元永国
【摘要】摘要FLAC3D以有限差分法为理论基础,其内置的M oh r-Cou lom b模型以弹性增量法则、M ohr-Cou lom b屈服条件和塑性修正为理论背景,通过计算机实现对材料力学特性的模拟。

其适合于巷道支护模拟分析。

利用FISH语言动态模拟巷道掘进过程,数值分析巷道支护效果。

【期刊名称】山西焦煤科技
【年(卷),期】2011(035)003
【总页数】3
【关键词】关键词 FLAC3D;M ohr-Coulom b模型;动态模拟;巷道支护
FLAC3D是以有限差分法为理论基础,利用三维计算机程序模拟三维土体、岩体或其他材料体力学特性。

实现对岩石、土和支护结构等的三维建模,并对岩土工程进行数值分析和计算。

其在工程地质界得到了广泛的应用。

1 巷道支护模拟
1.1 几何模型的确立
在掘进过程中,巷道围岩的应力在不断发生变化,其应变也在随着掘进不断增大,直至最后趋于稳定。

为掌握巷道掘进过程中,巷道围岩(煤岩体)的应力、变形、位移随掘进的变化情况及其分布规律,原模型示意图见图1,煤层厚度10m,为近水平煤层,中间有一层夹矸。

巷道开挖后,围岩应力重新分布,巷道的顶底板及两帮产生变形、甚至破坏。

其影响范围在巷道半径的5倍范围内。

顶板为14m的细砂岩,底板为20m粉砂岩,巷道双巷布置。

故采用的模型尺寸为50m×50m ×44m,共划分为185 000个。

基于FLAC 3D在不同断面形状下隧道围岩的稳定性分析

安全质量建筑技术开发·136·Safety and QualityBuilding Technology Development第48卷第6期2021年3月对于隧道开挖，首先要考虑其对围岩的影响，不同断面形状的隧道开挖引起的围岩变形和应力分布存在很大差异，因此对不同形状的隧道在施工后围岩的稳定性进行分析比较非常有意义。

目前国内外施工过程中常用的隧道断面形状有圆形、椭圆形和马蹄形等，本文运用FLAC 3D 软件对这3种断面形状隧道在开挖后围岩的应力分布、塑性区范围等进行系统的分析比较，以判定隧道的设计形状对隧道工程的影响，得出对围岩扰动最小的最优断面形状。

1 计算模型相关参数的确定假定开挖的隧道围岩为理想的弹塑性介质，具有均匀的各向同性特征，只施加岩土体的自重应力。

建立的模型尺寸为100 m ×100 m ×20 m （长×宽×高），设定不同形状隧洞的开挖面积都为314.15 m 2，埋深为50 m ，开挖隧道时采用全断面开挖法，围岩的物理力学参数见表1。

表1 围岩的物理力学参数材料类别体积模量/Pa 剪切模量/Pa 摩擦角/℃粘聚力/Pa 抗拉强度/Pa 参数2×1081×108254×1051.5×1052 数值模拟计算分析2.1 圆形断面隧道开挖后围岩的稳定性分析图1、图2是在FLAC 3D 软件中模拟圆形断面隧道开挖后围岩的最大主应力与最小主应力分布图。

如图1、图2所示，在圆形隧道开挖后围岩都是受压的，且应力分布较对称，隧道拱顶的最大压应力为1.07 MPa ，隧道拱底的最大压应力为1.67 MPa。

图1圆形隧道围岩的最大主应力（计算机截图）图2 圆形隧道围岩的最小主应力（计算机截图）在FLAC 3D 软件中模拟圆形断面隧道开挖后的塑性区分布如图3所示，在圆形隧道开挖后围岩的塑性破坏通常发生在隧道周围，且分布较均匀，洞底塑性区的范围略大于洞顶，隧洞左右两侧塑性区略大于其他部位，围岩塑性区体积为2.848×103 m 3。

基于FLAC 3D的软弱夹层隧道施工中围岩稳定性研究

基于FLAC 3D的软弱夹层隧道施工中围岩稳定性研究作者：***来源：《西部交通科技》2023年第07期作者简介：梁裔举（1978—），高级工程师，主要从事公路工程施工管理工作。

摘要：为探究软弱夹层对隧道开挖的影响，文章依托某软弱夹层公路隧道实际工程，运用FLAC 3D有限差分软件建立隧道三维计算模型，模拟全断面法开挖施工全过程，分析开挖过程中隧道围岩和支护结构的变形及受力情况，为隧道设计与施工提供参考。

关键词：隧道施工；软弱夹层；围岩稳定性；FLAC 3D中图分类号：U451+.20 引言随着国民经济的不断上升，公路交通发展迅速，我国隧道事业建设水平也不断增长。

我国地形、地质情况复杂多样，公路隧道建设不可避免地需要穿越地质条件复杂的地带。

软弱夹层作为常见的不良地质，对隧道围岩稳定有极大的影响，围岩变形量大、支护结构因承载力不足发生屈服等问题时常发生，严重时会引发坍塌等重大事故，极大地威胁隧道施工与安全。

因此，进行软弱夹层隧道稳定性分析对于指导隧道开挖施工以及后期防护十分重要。

彭鹏等[1]结合太焦铁路实际隧道工程监测结果，基于模糊决策理论提出加固参数设计方法，结合数值模拟，研究隧道围岩及支护结构的力学响应规律，指导隧道设计与施工。

康海波等[2]利用模型试验研究不同倾角软弱夹层隧道的围岩变形规律，并通过FLAC 3D软件对隧道开挖施工进行模拟，验证模型试验规律。

文海家等[3]基于工程實际，运用FLAC 3D软件对穿越两条软弱夹层隧道的开挖过程进行模拟，对隧道开挖的破坏模式进行深入研究。

石少帅等[4]依托宜巴高速隧道工程实例，针对该区的不良地质，采用FLAC 3D软件模拟不同倾角及位置的软弱夹层对围岩稳定的影响，得出围岩变形及应力分布规律。

郭富利等[5]结合工程实际，考虑软弱夹层与掌子面围岩的不同组合方式，通过室内试验建立软弱夹层隧道围岩的力学模型，揭示软弱夹层围岩变形失稳机理。

昝世辉[6]依托贵广客专实际隧道工程，深入研究了穿越软弱夹层隧道在开挖施工过程中的围岩变形特性、塑性区分布及支护结构力学响应规律，并针对该隧道提出合理的施工建议。

基于FLAC（3D）的深部巷道围岩稳定性数值模拟研究

基于FLAC（3D）的深部巷道围岩稳定性数值模拟研究贾晓亮【摘要】针对由于巷道剧烈底鼓、巷道断面变形造成巷道运输及维护困难等问题,采用数值模拟计算软件FLAC~（3D）,数值计算得到宏发煤矿＋1 650 m集中运输大巷巷道开挖后围岩垂直应力、水平应力分布及塑性区分布,分析并得到了巷道底鼓机理：距离巷道底板临空面更近的倾斜C_（17）煤层的软弱顶板岩层随掘进扰动而首先破坏,造成左侧局部底鼓,继而巷道底板围岩应力因底鼓而持续动态重新分布,并逐渐向右侧及深部发展,致使底鼓逐渐恶化并表现出左右非对称特征。

综合考虑施工、经济、效果、瓦斯等因素,提出采用＂构筑反底拱＋底板注浆＋底板锚杆＂联合支护的底鼓控制措施。

【期刊名称】《能源与环保》【年(卷),期】2017(039)006【总页数】5页(P18-22)【关键词】FLAC3D 底鼓数值模拟围岩巷道支护【作者】贾晓亮【作者单位】中煤炭科工集团重庆研究院有限公司,重庆400037【正文语种】中文【中图分类】TD862.1深部巷道围岩变形主要表现为围岩变形量大、变形速度快、巷道持续变形、流变、深部岩石扩容等特征[1-3]。

针对该情况，国内学者进行相关研究，张合超、房健、苏军等[4-6]采用FLAC3D模拟了不同支护参数条件下巷道支护效果，研究了地下开采对围岩的影响范围。

徐文彬、许梦国、余伟健等[7-9]分析了交叉型巷道群围岩由于不同的开挖顺序而产生不同的应力状态、位移变形以及塑性屈服变化特征，对比了不同布置形式的底部结构在开挖影响下的稳定性。

宁建国、刘泉声、何富连等[10-12]采用FLAC3D数值模拟软件分析空间交叉巷道的应力分布特点以及沿下方巷道轴向方向形成的应力增高和降低区。

牛学超、闫长斌、肖明等[13-15]提出了大型地下洞室施工开挖过程动态模拟的三维有限元数值分析方法，并通过工程实例分析爆破震动作用下地下硐室群的稳定性。

宏发煤矿地处云贵高原，地质构造极为复杂，巷道所处的煤层直接顶为粉砂质泥岩，顶板节理发育，表现出深部巷道围岩变形的特征，且其巷道原支护结构方式和参数不合理等原因使得巷道发生严重变形和破坏，其中深部高应力和围岩较低承载能力是该矿巷道变形破坏的主要原因。

应用FLAC3D研究地下开采对围岩的影响范围

应用FLAC3D研究地下开采对围岩的影响范围摘要：利用FLAC3D软件研究地下开采对围岩的影响范围。

结果表明，地下工程的开挖对围岩造成的影响。

在空区的上部、下部及四周．影响范围均大致为3倍采空区尺寸，远大于该尺寸即可近似视为无限边界。

关键词：采矿工程；顶板；FLAC3D；影响范匿；地下开采由于地下工程的结构和岩石破坏过程十分复杂，传统的定量理论分析方法假设较多，相似材料模拟成本高且误差大，影响研究结果的真实性。

而数值计算由于其可以综合考虑多种因素，且计算结果直观，在地下工程稳定性研究中得到了日益广泛的应用，已经成为岩石力学的一种重要研究手段，也是分析水平承载层(如顶板)稳定性的有力工具。

运用FLAC3D软件对地下开采建模及计算过程分析中产生的若干问题进行研究。

1 FLAC3D程序简介FLAC3D是Fast Lagrangian Analysisof Continua in 3 Dimensions的简写，是美国明尼苏达ITASCA软件公司编制开发的三维显式有限差分程序。

FLAC3D程序自美国ITASCA咨询公司推出后，已成为目前岩土力学计算中的重要数值方法之一。

FLAC3D是二维应用程序FLAC2D在三维空间的扩展，用于模拟三维土体、岩体或其他材料的力学特性，尤其是达到屈服极限时的塑性流变特性，广泛应用于边坡稳定性评价、支护设计及评价、地下洞室、施工设计(开挖、填筑等)、河谷演化进程再现、拱坝稳定性分析、隧道工程、矿山工程等多个领域。

FLAC3D采用拉格朗日差分公式来处理有限变形问题，将计算域划分为若干单元，单元网格可以随着材料的变形而变形，可以准确地模拟材料的屈服、塑性流动、软化直至大变形，尤其在材料的弹塑性分析、大变形分析等领域有独到的优点，是一种功能强大的工程计算软件。

FLAC3D程序于20世纪90年代被引入我国，主要应用于岩土力学分析，例如边坡稳定性、开采沉陷预测、水利枢纽岩体稳定性分析、采矿巷道围岩稳定性研究等，目前FLAC／FLAC3D软件已广泛应用于岩土工程、采矿工程、水利工程、地质工程等行业【1—-3】。

巷道围岩变形规律的数值模拟研究

巷道围岩变形规律的数值模拟研究摘要：根据有限元法的基本原理，运用有限元软件ANSYS对巷道在不同的侧压系数条件下的围岩变形进行数值模拟和分析，找出其变形规律，对围岩的支护设计具有重要的意义。

关键词：数值模拟；围岩；侧压系数；变形规律Abstract：Based on the principle of finite element method，some numerical tests are conducted to analyze the deformation character of the tunnel on the condition of different lateral pressure coefficient by using finite element soft(ANSYS). Some rules of surrounding rock deformation of tunnel are discovered, which is significant for supporting designation of surrounding rock.Key words：numerical simulation；surrounding rock ；press coefficient；deformation rules1 引言在地下岩石工程中，常常需要开挖各种各样断面形状的巷道（隧道）。

巷道一旦开挖，原岩应力将受到开挖扰动，导致应力的重新分布，引起围岩变形，当变形到一定程度的时候甚至可能出现坍塌，这不仅威胁着人民的生命安全，而且会给国家的经济利益造成巨大损失。

因此，研究和分析巷道围岩的变形规律是非常必要的，其目的就在于通过了解围岩的变形规律找出适当的支护措施限制围岩的变形和破坏，使之保持稳定。

目前，巷道围岩变形的研究方法或理论主要有：现场监测、神经网络方法（ANN）、有限元法（FEM）[1]。

基于FLAC_3D_的深部巷道围岩变形数值模拟

表 1 围岩力学参数
名称
内聚力 / MPa
内摩擦角 /（ °）
弹性模量 / GPa
泊松比
剪切抗拉抗压模量强度强度 / GPa / MPa / MPa
细砂岩 3. 5 32. 5 2. 7 0. 17 1. 6 2. 4 57
粗砂岩 2. 2 22 2. 0 0. 17 1. 3 1. 8 48
垂直应力分布在巷道两边 7 m 左右出现拉应力集中，大小为 31. 58 MPa，在巷道底边及顶板处压应力为 5 MPa，并且随着远离巷道，应力增大为 10 MPa，应力呈现对称分布，在巷道两肩部应力值稍大，为 25 MPa。 3． 2． 3 水平方向位移
Dongrong No． 2 mine by using FLAC3D with theory directive function at a certain degree，it could be observed from analysis result that spray anchor note support could control surrounding rock deformation effectively，improve laneway surrounding rock stress distribution，reduce displacement amount of laneway， enhance strength of surrounding rock and self-bearing ability，support structure long-time stable could solve deep crush roadway surrounding rock deformation controlling problem well．

围岩不同模量特性对巷道应力和变形的影响研究

围岩不同模量特性对巷道应力和变形的影响研究
杨钊;王渭明;吴克新
【期刊名称】《山东科技大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2008(027)001
【摘要】矿山巷道围岩具有典型的拉压不同模量属性,在目前巷道围岩应力分析中,往往因忽略该性质而导致误差,甚至给工程带来安全隐患.针对这一问题,编写了不同模量有限元程序,给出巷道围岩二次应力场和位移场随着不同模量系数α的变化规律,并与经典弹性理论的计算结果相比较,得出了不同模量系数α的影响范围,为巷道支护设计提供了新的理论依据.
【总页数】4页(P1-4)
【作者】杨钊;王渭明;吴克新
【作者单位】山东科技大学,土木建筑学院,山东,青岛,266510;同济大学,地下工程系,上海,200092;山东科技大学,土木建筑学院,山东,青岛,266510;山东科技大学,土木建筑学院,山东,青岛,266510
【正文语种】中文
【中图分类】TD353.6
【相关文献】
1.不同水平应力下深部回采巷道围岩变形破坏特征 [J], 杨睿
2.膨胀特性对软岩巷道围岩变形规律的影响研究 [J], 程立朝;陆庭侃
3.近距离煤层采动对相邻巷道围岩应力及变形影响研究 [J], 桂兵;曲延伦;郭现伟;
杨洋;秦瑞;马传永
4.不同应力作用下巷道围岩变形的数值模拟分析 [J], 申强
5.不同梯形巷道围岩应力特征及变形规律的数值模拟研究 [J], 孙宇超
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基于FLAC 3d对某露天矿底部溜井—破碎硐室边坡稳定性研究及参数优化

基于FLAC 3d对某露天矿底部溜井—破碎硐室边坡稳定性研究及参数优化【摘要】紧邻溜破系统的边坡形态严重影响溜破系统的稳定性，对于矿石的剥离量也影响很大。

基于FLAC3d结合某石灰石露天矿山边坡开采现状对溜破系统稳定性进行分析，在原开采设计边界前提下改变边坡台阶高度和宽度并分别进行安全系数验算，综合考虑边坡位移和应力分布情况，确保边坡及溜破系统的稳定性，为类似相关工程实例提供指导借鉴意义。

【关键词】溜破系统；数值模拟；参数优化；FLAC3d1 前言溜井与破碎硐室是高陡露天边坡重要工程，是矿山集贮与转运矿岩的咽喉工程，一旦破坏不但影响生产，而且威胁整个溜破系统和矿山的正常运行造成重大经济损失，因此，矿山对溜破系统的选位与维护都十分重视。

由于溜破工程环境复杂，稳定条件恶劣，且长期受到冲击作用的影响，溜井井筒容易出现变形破坏，破碎硐室顶部容易出现冒顶片帮塌陷的问题[1]。

宋卫东，郭寥武[2-3]针对程潮铁矿主溜井，采用数值模拟计算的方法，对加固前后溜井围岩变形和稳定性预测；季翱等[4]也在宋卫东的研究基础上，重点分析了采区溜井严重垮冒的原因，提出了对采区溜井稳定性研究的必要性和重要性。

在地下矿山溜井稳定分析的基础上，深入探讨高陡露天矿山复杂环境下溜破系统的稳定性，对溜破系统及边坡形态进行参数优化，对保证矿山安全生产具有极其重要的意义。

2 工程概况某露天矿山溜破系统选址在矿山西南位置，现在2385平台设置卸矿平台，通过溜井与底部矿仓相连接，破碎硐室在溜井正下方。

溜井直径4m，破碎硐室顶标高2233m，矿山开采台阶高度为2220-2445m，原设计终了平台宽度为4m，（每两个平台设置一个8m清扫平台），坡面角50°。

最终边坡角38°，台阶高度12m，矿位置在2316平台。

剖面图如图1所示。

图1 原设计终了溜破系统剖面图3 稳定性分析3.1 模拟计算参数根据室内岩石物理力学性能指标实验，对于矿山溜破系统处边坡的灰色与深灰色灰岩的密度和泊松比均取实验平均值，计算得出灰色岩体密度2690kg/m?，泊松比0.235，弹性模量4MPa，内聚力407.89KPa，内摩擦角38.02°；深灰色岩体密度2670 kg/m?，泊松比0.223，弹性模量4MPa，内聚力378.89KPa，内摩擦角38.15°。