flac3d模拟锚杆三种方法

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FLAC_3D的锚杆拉拔数值模拟试验_江文武

图 3 网格剖分图
szz
Z sxx X
锚杆
X Y
sxx
沿锚杆轴向施加固定的速度 v
szz 7.5m
10 m 5 m 限制 Y 方向的位移
图 4 锚杆拉拔数值模型示意图
为了模拟锚杆拉拔过程中的影响因素，即影响锚杆锚固的效应的因素：1）模拟了在同样的外部条件下，唯有浆体的摩擦角（ φg = 00 ，100 ，200 ， 300 ，400 ）不同的条件作用下沿着锚杆轴向、径向锚杆的应力与应变的分布规律以及锚杆的锚固力、浆体界面上的剪应力分布特征；2）模拟了在同样的外部条件下，唯有浆体有效围压（ σm = 0， 2，4，6，8 MPa）不同的条件作用下沿着锚杆轴向、径向锚杆的应力与应变的分布规律以及锚杆的锚固力、浆体界面上的剪应力分布特征；同时还模拟了锚杆在拉拔过程中，锚索与岩体间的界面发生剪切屈服、产生滑动直至拉拔破坏具体过程.
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哈尔滨工业大学学报
第 41 卷
变形和强度起着重要的作用［1 ～ 4］. 加锚岩体的数值模拟方法大都还是基于有限元法，但一般都过低估计锚固效果. 然而 FLAC － 3D 即三维快速拉格朗日分析方法的出现，又为锚杆在岩体锚固机理提供了新的机遇. 本文就锚固体的摩擦角、有效围压等对锚杆锚固性能的影响作了分析，对锚杆拉拔过程中锚杆锚固失效的特点进行了探索，并将现场试验与数值模拟计算进行了对比和分析.
3 数值模拟试验结果
通过多种方案的数值模拟试验可知图 5（ a）是现场试验得到一系列的力与位移之间的曲线，从图 5（ a）中得知锚杆直径为 15. 2 mm 的锚杆锚固力 = 17 t / m. 图 5（ b）是根据现场的地质条件建模后计算得到的锚杆所受力与位移之间的曲线，图 5（b）中显示当锚杆自由端施加的力小于某一值时，力与位移基本成正比关系，当力达到一定值即锚固力时，力保持不变，而位移呈无限增大趋势，说明锚杆已经整体失稳，锚固作用失效，图 6

FLAC3D应用情况及锚杆(索)支护设计

FLAC3D应用情况及锚杆（索）支护设计摘要：FLAC3D数值模拟技术作为巷道支护设计有效、可靠的手段之一，一直深受各大研究机构和高校推崇，但煤炭行业从业人员却很少涉猎，导致在巷道支护设计中缺乏手段，设计依据不充分，大多只能凭借经验或工程类比法进行粗略设计，手段单一，不能进行有效的针对性设计，更不能优化设计。

为此，张集矿组织人员对FLAC3D进行了初步研究，对锚杆（索）支护设计提供了一定的依据。

关键词：FLAC3D；支护设计；效果FLAC3D数值模拟技术相对来说企业对数值模拟计算是陌生的，所以在应用广度和深度方面和研究机构存在不小的差距。

而FLAC3D模拟技术本身又是开放性的，不同的人，对于软件本身的理解程度、使用熟练程度和支护理论的理解也不同，导致使用效果也各不相同。

FLAC3D是一款功能强大的数值模拟软件，张集矿通过将近一年时间的不断尝试与摸索，逐渐从基本应用到专项应用，能够实现的模拟形式也越来越多，并能进行一些特殊情况的模拟。

1 概述由于我矿生产任务重，每年大概超过60条新巷道开工掘进，支护设计工作繁重，目前全矿的煤巷支护设计均是由工作室来做的，模拟工作量太大，不可能做到所有巷道都应用FLAC3D来进行辅助支护设计，只有在新采区、新水平、特殊工况、特殊结构的巷道中进行模拟设计，其他巷道应用工程类比和理论计算2种方法进行支护设计。

从2018年4月参加淮南矿业集团公司FLAC3D数值模拟技术集中培训以来，张集矿工作室即投入到对该技术的攻关应用当中，到7月份，在1312（3）轨顺锚杆索支护设计中进行了第一次实际应用，随后又在1115（1）运顺“三高一低”课题试验中进行了支护优化应用，并取得了很好的效果目前，我矿正在开展“三高一低”课题试验工作，从排距、附件、锚杆索组合形式等方面进行优化，部分成果已开始应用（排距从800mm扩大到1000mm以上），今年试验将继续进行。

2全长和端头锚固的模拟结果对比为了弄清楚不同的锚杆锚固形式的工作特性，通过简化模型进行定性模拟分析，分别从端头锚固、传统全长锚固、端头预紧力全长锚固三种锚固形式来进行模拟。

FLAC~(3D)中锚杆拉、剪破断力学模型二次开发及应用

FLAC~(3D)中锚杆拉、剪破断力学模型二次开发及应用为弥补FLAC<sup>3D</sup>中锚杆拉伸破断原始模型以任意锚杆单元节点塑性拉应变为破断判别标准的缺陷以及解决程序无法实现锚杆剪切破断的问题,本文基于PILE锚杆结构单元,依据实验室数据,提出新的拉、剪破坏准则,对原有拉、剪力学模型进行修正,建立拉、剪破断修正力学模型,并采用Fish编程语言二次开发,将修正模型嵌入到FLAC<sup>3D</sup>主程序中。

分别采用锚杆拉、剪试验验证拉、剪破断修正力学模型的合理性,并分析了两种修正模型各自的工程适用性与可靠性,主要研究成果如下:（1）为进一步完善拉伸破断原始力学模型,建立以锚杆自由段整体伸长率为破断判别标准的拉伸破断修正力学模型,当自由段伸长率大于或等于锚杆破断伸长率时,构成锚杆自由段伸长量最大的结构单元发生破断;建立以剪力为破断判别标准的剪切破断修正力学模型,当杆体剪力大于或等于锚杆极限抗剪载荷时,锚杆发生剪切破断。

（2）锚杆杆体拉伸试验中,拉伸破断原始模型杆体伸长率为预设破断伸长率的51.5%时,杆体过早发生破断,而拉伸破断修正模型杆体伸长率达到预设破断伸长率时发生拉伸破断,结果更加符合实际;锚杆杆体剪切试验中,剪切原始模型杆体所受剪力超过抗剪载荷时,随着剪切位移的增大,杆体的剪力呈现继续增大的现象,与实际不符,而剪切破断修正模型杆体剪切荷载-位移曲线呈现出剪切破断特征,达到了以剪力为判据的定量破断。

（3）建立了一种锚杆以受拉为主的数值计算模型,实现了锚杆自由段端头及自由段与锚固段交界面位置的锚杆破断现象。

拉伸破断修正模型只有位于巷帮的四根锚杆发生破断,而拉伸破断原始模型锚杆全部发生破断,修正模型结果更加符合实际;修正模型围岩最大水平及垂直位移分别为395mm和298mm,而原始模型围岩最大水平及垂直位移分别为428mm和332mm,原始模型较修正模型围岩变形强烈,这是由于原始模型锚杆全部破断导致的。

FLAC^3D中锚杆支护的数值模拟研究综述

收稿日期：２０２００３?０９基金项目：贵州理工学院高层次人才科研启动经费支持项目（０２０３００１０１８０２９）；国家安监总局２０１８年安全生产重大事故防治关键技术科技项目（ｇｕｉｚｈｏｕ－０００５－２０１８ＡＱ）；国家留学基金资助项目（２０１９０８５２００１７）作者简介：杜学领（１９８６－），男，满族，河北承德人，博士，副教授，研究方向为煤岩体动力灾害机理及防治。

ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００５－２７９８．２０２０．０９．００１ＦＬＡＣ３Ｄ中锚杆支护的数值模拟研究综述杜学领（贵州理工学院矿业工程学院，贵州贵阳　５５０００３）摘　要：锚杆是目前煤矿、岩土等支护工程中常用的材料，在ＦＬＡＣ３Ｄ中可进行锚杆支护的多角度数值模拟研究，文章对ＦＬＡＣ３Ｄ锚杆支护的数值模拟研究进行总结和展望。

分析表明：目前ＦＬＡＣ３Ｄ中建立锚杆模型以Ｃａｂｌｅ、Ｐｉｌｅ两结构单元较多，可采用Ｂｅａｍ、Ｌｉｎｅｒ等构建金属钢、托盘、锚喷层等支护要素。

ＦＬＡＣ３Ｄ一般作为验证性手段，对实验、实践内容进行证明。

重点总结了锚杆及支护构件、预应力锚杆、煤矿巷道支护、岩土工程支护、特殊锚杆的实现等研究进展。

当前的研究应用中，存在复杂工程问题的动态还原能力相对较弱、时空与时步不对应、研究细节缺失及二次开发的非公开性、对理论研究的支撑作用相对薄弱等问题。

未来，ＦＬＡＣ３Ｄ依然作为重要的模拟手段应用于新型支护理论和支护技术的验证，并可在跨平台建模及跨平台研究、精细化建模与多因素耦合研究等方面取得新的突破。

关键词：ＦＬＡＣ３Ｄ；锚杆支护；数值模拟；巷道支护；文献综述中图分类号：ＴＤ３５３文献标识码：Ａ文章编号：１００５２７９８（２０２０）０９?０００１?１５ＲｅｖｉｅｗｏｆＮｕｍｅｒｉｃａｌＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆＲｏｃｋＢｏｌｔＳｕｐｐｏｒｔｉｎＦＬＡＣ３ＤＤＵＸｕｅｌｉｎｇ（ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＭｉｎｉｎｇＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＧｕｉｚｈｏｕＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｇｕｉｙａｎｇ　５５０００３，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｂｏｌｔｉｓａｃｏｍｍｏｎｌｙｕｓｅｄｍａｔｅｒｉａｌｉｎｃｏａｌｍｉｎｅｓ，ｇｅｏｔｅｃｈｎｉｃａｌａｎｄｏｔｈｅｒｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇｐｒｏｊｅｃｔｓ．ＴｈｅｍｕｌｔｉａｎｇｌｅｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｒｏｃｋｂｏｌｔｓｕｐｐｏｒｔｃａｎｂｅｃａｒｒｉｅｄｏｕｔｉｎＦＬＡＣ３Ｄ．ＴｈｉｓｐａｐｅｒｓｕｍｍａｒｉｚｅｓａｎｄｆｏｒｅｃａｓｔｓｔｈｅｂｏｌｔｓｕｐｐｏｒｔｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｉｎＦＬＡＣ３Ｄ．ＴｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｓｈｏｗｓｔｈａｔｃａｂｌｅａｎｄｐｉｌｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｅｌｅｍｅｎｔａｒｅｕｓｅｄｆｒｅｑｕｅｎｔｌｙｉｎｃｕｒｒｅｎｔｒｏｃｋｂｏｌｔｍｏｄｅｌｉｎＦＬＡＣ３Ｄ，ａｎｄｂｅａｍ，ｌｉｎｅｒｃａｎｂｅｕｓｅｄｔｏｂｕｉｌｄｅｌｅｍｅｎｔｓｓｕｃｈａｓｍｅｔａｌｓｔｅｅｌ，ｔｒａｙａｎｄａｎｃｈｏｒｓｐｒａｙｌａｙｅｒ．ＦＬＡＣ３Ｄｉｓｇｅｎｅｒａｌｌｙｕｓｅｄａｓａｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎｔｏｏｌｔｏｐｒｏｖｅｔｈｅｔｒｕｔｈｏｆｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌａｎｄｐｒａｃｔｉｃａｌｃｏｎｔｅｎｔ．Ｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｐｒｏｇｒｅｓｓｏｆｂｏｌｔｓａｎｄｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇｅｌｅｍｅｎｔｓ，ｐｒｅ?ｔｅｎｓｉｏｎｅｄａｎｃｈｏｒｓ，ｃｏａｌｍｉｎｅｒｏａｄｗａｙｓｕｐｐｏｒｔ，ｇｅｏｔｅｃｈｎｉｃａｌｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｓｕｐｐｏｒｔａｎｄｍｏｄｅｌｉｎｇｏｆｓｐｅｃｉａｌｂｏｌｔｓａｒｅｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ．Ｉｎｔｈｅｃｕｒｒｅｎｔｒｅｓｅａｒｃｈａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，ｔｈｅｒｅａｒｅｐｒｏｂｌｅｍｓｓｕｃｈａｓｒｅｌａｔｉｖｅｌｙｗｅａｋｄｙｎａｍｉｃｒｅｓｔｏｒａｔｉｏｎｏｆｃｏｍｐｌｅｘｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｐｒｏｂｌｅｍｓ，ｎｏｎ?ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｅｎｃｅｂｅｔｗｅｅｎｒｅａｌｔｉｍｅａｎｄｓｔｅｐｓｉｎＦＬＡＣ３Ｄ，ｌａｃｋｏｆｒｅｓｅａｒｃｈｄｅｔａｉｌｓａｎｄｎｏｎ?ｄｉｓｃｌｏｓｕｒｅｏｆｓｅｃｏｎｄａｒｙａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ，ａｎｄｒｅｌａｔｉｖｅｌｙｗｅａｋｓｕｐｐｏｒｔｆｏｒｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｒｅｓｅａｒｃｈ．Ｉｎｔｈｅｆｕｔｕｒｅ，ＦＬＡＣ３Ｄｓｔｉｌｌｃａｎｂｅｕｓｅｄａｓａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｆｏｒｔｈｅｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆｎｅｗｓｕｐｐｏｒｔｔｈｅｏｒｙａｎｄｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ａｎｄｃａｎｍａｋｅｎｅｗｂｒｅａｋｔｈｒｏｕｇｈｓｉｎｃｒｏｓｓ?ｐｌａｔｆｏｒｍｍｏｄｅｌｉｎｇａｎｄｃｒｏｓｓ?ｐｌａｔｆｏｒｍｒｅｓｅａｒｃｈ，ａｎｄｒｅｆｉｎｅｄｍｏｄｅｌｉｎｇａｎｄｍｕｌｔｉｆａｃｔｏｒｃｏｕｐｌｉｎｇｒｅｓｅａｒｃｈ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＦＬＡＣ３Ｄ；ｒｏｃｋｂｏｌｔｓｕｐｐｏｒｔ；ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；ｒｏａｄｗａｙｓｕｐｐｏｒｔ；ｌｉｔｅｒａｔｕｒｅｒｅｖｉｅｗ锚杆作为一种岩土锚固中的重要材料，被广泛应用于边坡、坝体、基坑、隧道、巷道等工程场合，锚杆的使用距今已有１００多年的历史［１］。

基本FLAC 模拟与边际分析的锚杆方案选择

《装备维修技术》2020年第4期— 409 —基本FLAC 模拟与边际分析的锚杆方案选择张颖超1曹佳2孙伟3（1.青岛黄海学院山东青岛 266247；2.青岛海尔特种电冰柜有限公司山东省青岛市 2665553. 青岛黄海学院山东青岛 266555）摘要：本文通过建立巷道模型，通过使用计算机仿真软件FLAC,模拟描述锚杆直径变化对巷道受到应力的变化，形成变量关系；运用边际理论分析，结合支护投入，确定最优方案。

关键词：FLAC；锚杆直径；巷道应力；边际理论；最优方案引言锚网索支护是目前煤矿巷道支护采用的主要方法,它从成巷道作业成本,作业速度,断面的可重复利用率,人员劳动强度,安全作业等方面有巨大优势[1],对于锚网索支护的选择应用，除了岩层等外界条件外，其本身的性能也很重要，如影响巷道支护的具体参数有锚杆直径，长度，间距等。

本文从锚杆直径角度入手，基于模拟软件数值，运用边际成本分析法,从杆径，围岩变量，支护成本三方面，对影响巷道围岩稳定性的锚杆直径进行评价筛选，来确定合理最优的方案。

1 锚网索支护初步支护参数的确定在现场采矿过程中，受重的载荷主要来自于岩层上部，也就是上部岩层的自重；根据采集到的某矿一段采煤区域，简化为以下模型：1)只考虑上层地质与岩重，岩石材料与重量为厚砂岩26m 、，厚粉砂岩3.0m 、厚砂岩10.8m ，弱层1.2m;2)开采区域模型为长方形，采集数据为长65m,宽65米，高55m ;3)掘进巷道为梯形，位于其中：A 、B 、C 、D 是顶板上随机取的四个点，用来作为观察模拟持续受到相同同的岩重压力，不同的杆径产生的相应的变形量。

运用FLAC 软件模拟巷道的各个点的应力，随机取顶板上的A,B,C,D 四点位移变化，因此我们可以得到在FLAC 模拟软件下顶板四个点的不同变形量按照顺序为：150.4mm，173.3mm ，173.3mm ，167mm ，这四个数值可以作为选择影响围岩稳定性其中因子锚杆直径的参考对比值。

基于FLAC3D的土质边坡锚杆加固优化设计

第43卷第10期山西建筑Vol.43No.102 0 1 7 年 4 月SHANXI ARCHITECTURE Apr.2017 • 85 •文章编号：1009-6825 (2017) 10-0085-02基于FLAC3D的土质边坡锚杆加固优化设计王刚(湖南辉达规划勘测设计研究有限公司，湖南长沙410000)摘要:以某高陡挖方土质边坡工程为背景，基于FLAC3D软件，分析了锚杆长度、间距、倾角等参数对边坡稳定性的影响,并探讨了锚杆的优化设计方法，给出了该边坡的优化设计方案，从而满足边坡加固经济性与安全性的要求。

关键词:锚杆，边坡,稳定性，安全系数中图分类号:TU472 文献标识码:A锚杆技术是土质高边坡治理中常见的加固手段[1’2]。

锚杆设计能够随坡就势、与坡面紧密贴合、布置灵活、无需额外的占地面积、施工方便快捷、经济安全，而且锚杆支护的边坡可以在坡面上植草绿化，美化环境，保护生态[3]。

因此，锚杆支护在边坡加固处理中应用越来越广泛。

锚杆设计中，涉及到锚杆长度、间距、倾角等诸多参数[4’5]。

设计合理的参数，可以在确保安全的前提下，进一步提高锚杆支护的经济性。

本文以某高陡挖方土质边坡为工程背景，基于FLAC3D分析了锚杆长度、间距、倾角等参数对边坡稳定性的影响，探讨了锚杆优化设计的方法，并给出了该边坡的优化设计方案。

1工程背景某小区东侧为高陡土质挖方边坡。

该边坡距离最近的住宅楼约14 m，高约15 m，边坡坡度约为1: 0. 8。

该边坡地层情况如表1所示。

为保证住宅楼的安全，拟采用锚杆系统对该边坡进行加固治理。

表1勘察报告提供的地层参数土体名称厚度/m 天然重度ykN/m3抗剪强度黏聚力c/k P a内摩擦角小/(°)①粉质黏土 3.118.52618②含黏粒的砂土 6.419.01538③粉质黏土7.819.528242加固前边坡稳定性分析锚杆设计前,先采用FLAC3D有限差分软件对该边坡稳定性进行了数值模拟分析。

预应力锚索框架作用下附加应力的FLAC～3D模拟

预应力锚索框架作用下附加应力的FLAC～3D模拟预应力锚索框架是一种常用于土木工程和岩石力学中的结构体系，通过施加预定的预应力来增加结构的强度和稳定性。

在FLAC-3D软件中，可以使用它来模拟附加应力的作用。

下面将详细介绍FLAC-3D中使用预应力锚索框架进行模拟的过程。

首先，需要在FLAC-3D中创建模型。

模型的建立主要包括两个方面：建立地质模型和定义锚索框架。

在建立地质模型时，需要确定模型的尺寸、边界条件、材料参数等。

在定义锚索框架时，需要确定预应力锚索的位置、数量、大小等参数。

这些参数可以通过实际工程设计或者试验数据获得，也可以通过经验公式和理论计算得到。

接下来，需要对模型进行网格划分。

网格划分是将模型划分为离散的小单元，用于计算和模拟各个单元的力学行为。

网格划分的精度会直接影响到计算结果的准确性，因此需要根据具体问题和计算资源进行适当的网格划分。

然后，需要定义材料参数。

材料参数包括岩土材料的强度、刚度、渗透性等特性。

在FLAC-3D中，可以通过输入岩土材料的本构模型和参数来描述材料的力学行为。

在预应力锚索框架模拟中，还需要定义预应力锚索的材料参数，包括锚索的刚度、长度和预应力大小等。

这些参数可以根据实际工程设计或者试验数据得到。

接下来，需要定义边界条件和加载方式。

边界条件是模拟过程中的约束条件，可以通过定义边界面的位移、固定和施加载荷等方式进行。

在预应力锚索框架模拟中，需要将锚索的端点固定，并施加预应力大小和方向的加载。

然后，可以进行模拟计算。

FLAC-3D使用有限差分法来求解模型中各个节点的位移、应力和应变等参数。

通过迭代计算，可以得到模拟过程中的各个时间步的结果。

最后，可以进行结果分析和评估。

通过对模拟结果的分析，可以得到模型的应力、位移和应变等信息。

可以通过与实际工程或者试验数据的对比，来评估模型的准确性和可靠性。

总之，使用FLAC-3D软件进行预应力锚索框架模拟可以帮助我们更好地理解和分析结构在附加应力作用下的力学行为。

基于FLAC_3D_的自由式预应力锚索数值模拟方式探讨

结压力的实测与分析 J . 岩土工程学报, 2009, 31 ( 2): 207- 212. 12 张向东, 张树光, 李永靖, 等. 冻土三轴流变特性试验研究与冻结壁厚度的确定 J . 岩石力学与工程学报. 2004, 23( 3) : 395- 400.
作者简介: 马茂艳 ( 1975 - ), 女, 浙江东阳人, 博士, 安徽建筑工业学院讲师, 主要从事地下工程、岩土工程研究。
(收稿日期: 2009- 12- 31; 责任编辑: 梁绍权 )
( 上接第 137页 )
图 4 3种模拟方式轴力图
2 种方式在锚索的最外端均出现了小幅的预应力损失现象, 然后迅速攀升到最大值。方式 3的最大轴力 95. 3 kN, 整个自由段的轴力持平, 维持在最大值。在内锚固段 3种方式轴力大幅衰减, 直至为 0。从轴力在预应力锚索内的分布来看, 方式 3 较为接近实际情况。
问题探讨
煤矿安全 ( 2010- 07)
∃ 137∃
2. 2 锚索参数预应力锚索的基本参数见表 2。
表 2 锚索参数
参数直径 /mm 屈服拉力 /kPa 预应力 / kN
值 20 2 320 100
2. 3 水泥浆参数水泥浆参数见表 3, 其中浆体的刚度 kg 可以从
拉拔试验直接获得, 也可用下式计算:
25 0. 02
自由式预应力锚索由 2 部分组成: 自由张拉段和内锚固段, 见图 1。算例自由段长 29 m, 内锚固段长 6 m。 FLAC3D中对于自由式锚索的模拟, 先生成整根锚索, 然后给自由段的浆体参数均赋为 0( 相当于只有内锚固段采用锚索单元模拟 ), 再通过 sel ca ble pretension给自由段施加预张拉力。此外, 自由段和内锚固段都应划分为较小的区段, 每段赋予 C id值, 例如, 算例自由端划分为 10 段, C id 编号依次为 1, 2, &, 10, 内锚固段划分为 6段, C id编号依次为 11, 12, &, 16。

基于FLAC^(3D)的不同角度锚杆超前支护模拟及参数优化

基于FLAC^(3D)的不同角度锚杆超前支护模拟及参数优化曹思源;张淼;袁颖
【期刊名称】《河北地质大学学报》
【年(卷),期】2024(47)2
【摘要】锚杆作为一种有效支护措施,被广泛应用于隧道超前支护领域,超前锚杆设计及施作的好坏直接影响着隧道支护效果。

基于FLAC^(3D)有限元软件,对
0°~<50°不同角度分级锚杆进行了超前支护模拟,在揭露不同角度锚杆超前支护作用下隧道力学效应及其随锚杆角度变化规律的基础上,对支护角度进行了相关优化,最终确定出最佳支护角度。

研究结果可为隧道超前支护设计、优化及施工提供理论支撑,具有一定指导意义。

【总页数】5页(P56-60)
【作者】曹思源;张淼;袁颖
【作者单位】河北地质大学城市地质与工程学院;河北省地下人工环境智慧开发与管控技术创新中心
【正文语种】中文
【中图分类】P642.4
【相关文献】
1.基于FLAC3D的管缝锚杆与玻璃钢锚杆支护效果对比
2.基于FLAC3D的煤巷锚杆支护参数的模拟分析
3.基于 FLAC3D 复合顶板煤巷锚杆支护参数优化
4.桩锚支
护设计参数优化的FLAC3D数值模拟分析5.基于FLAC3D对不同荷载下锚杆锚固作用机制的数值模拟
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关于锚杆本构及其数值模拟分析总结与思考

纯拉：
纯拉
何礼理
纯剪拉剪
PILE
耦合
(1)塑性之前（OA 段），杆体拉力随着拉应变的增加而线性增长； (2)屈服后，杆体轴力保持不变（AB 段）；(3)当杆体的应变大于拉断破坏应变时，锚杆拉断,杆体拉力变为(BC 段)。
6
纯剪：
（1）在杆体受到的剪力达到抗剪极限能力之前，其剪力随着剪切位移的增加而线性增加（OA 段）；（2）当杆体达到剪切极限受力状态时，杆体产生剪断破坏。
拉剪耦合：
纯剪：拉剪耦合：
栾恒杰
拉剪
曹艳伟
PILE
6
耦合
蒋宇静
二、关于 FLAC3D 中材料及结构单元二次开发的思考
（1）深部巷道二次开发锚杆、锚索、锚网索支护稳定性控制模型上述文献[1-9]对 FLAC3D 锚杆单元抗拉、抗剪、拉剪耦合方面二次开发及破断理论进行了详细阐述，并在模拟实际工程取得良好效果。支护与围岩形成的相互协调的承载共同体是巷道围岩控制的核心，但是目前文章[1-18]仅仅是对锚杆、锚索支护结构单元自身进行研究，一是缺乏对恒阻吸能、恒阻大变形锚杆单元结构进行二次开发；二是缺乏二次开发锚杆单元与原结构单元在静态围岩应力场对比、动态应力场演变规律量化分析、函数拟合，静态围岩位移场对比、动态位移场演变规律量化分析、函数拟合；三是缺乏二次开发锚网索单元耦合与原结构单元在静态围岩应力场对比、动态应力场演变规律量化分析、函数拟合，静态围岩位移场对比、动态位移场演变规律量化分析、函数拟合，从而形成动、静应力作用下深部巷道二次开发结构单元锚杆、锚索、锚网索支护稳定性控制模型。围岩应力场稳定是巷道稳定的基础，国内外研究学者对围岩应力场演变进行了深入研究，其研究现状如下： Antonio, B.[19]对深部隧道围岩应力场进行深入研究，通过围岩应力和位移变化揭示应力场演变规律；Mohammad, R.Z.[20]研究了深部隧道围岩内弹塑性分区，对塑性损伤区给出了应力和位移的解析解；Srisharan, S.[21]将深部煤矿巷道围岩简化为等效连续体，并使用离散元法对围岩

基于FLAC 3D的煤巷锚杆支护参数的模拟分析

全区断裂可分两组，一组Ｆ和岗德尔逆断层，为近南北走
（泥岩）和９的标志层。煤层顶底板岩性：直接顶为为９下＃
煤岩互层，厚度为２３ｍ，节理发育，抗压强度极低。老．０
顶为粗砂岩，厚度为１４ｍ，灰黑色，厚层状、较坚硬。．９
范围的破坏区Ｈ。锚杆支护的作用就在于保持破坏区范ｊ围内岩层的稳定性。锚杆支护设计关系到巷道锚杆支护工
Ｌ：Ｋ＋Ｈ１＋Ｌ２式中 — — 锚杆长度，ｍ；
（）１
日 —一软弱岩层厚度或冒落拱高度，ｍ；
— 一
安全系数，一般取２；
代人相关数据，由式（）：ａ＝１３ｍ。３得．２
３数值模拟分析３１模型建立．
针对神华集团平沟煤矿的地质采矿条件，根据采矿工
ｌ
程问题特点，建立相应的数值分析模型，考虑采空区的影
响，模型水平方向上取６ｍ，这样既可以模拟已开采煤层０对地表的影响和采空区周边围岩的响应状态，又可以模拟工作面巷道掘进的影响。根据岩层情况，竖直方向上取５ｍ，巷道设计高Ｘ宽＝２５４３．ｍＸｍ。采用应力边界条件，模型的上边界施加均匀的垂直压应力，模型的左右边界限制水平向移动，模型下边界固定，上边界自由］，模型如
结构简单，裂隙较发育，煤层中部含一层厚约０２ｍ夹石．８
１煤巷地质概况
平沟煤矿位于桌子山背斜西翼之中北部，因受岗德尔逆断层逆冲影响，使地层上挠而成不对称平缓向斜，全区的构造形态为向西倾斜的单斜地层为主，倾角为６。一１。Ｏ。

FLAC3D各种命令笔记

FLAC3D各种命令笔记hist reset ;清空⾥⾯所有的监测点nstress=-40e3 hist ramp的意思，很简单nstress = -40e3 * ramp hist相当于乘法，为了⽅便控制动荷载的幅值。

plotitems——Add——strucktural elements——geometry ——cables 显⽰锚杆的⼏何形状Pl-add-vector-apply body force 显⽰施加的⼒，不过是在求解之后显⽰Creat 创建⼀新视图plotitems------add-----vetor----apply body force 显⽰荷载的施加位置Array var(4,3) ⼆维数组array var(5)⼀维5个元素的数组Var(m,n)=urand ;随机var—数组的名字Pnt=z_next(pnt) 查找下⼀个单元体表Pl plas 显⽰塑性区Array x_b(x,y) z_b(x,y) 创建两个x⾏y列的表格，可以给其赋值，以便调⽤。

Array就是数组的意思。

Hist id=1 gp xd 7 0 0 监测7 0 0 点处的x⽅向位移，ID=1材料参数dilation 剪胀⾓FISH语⾔：Degrade;∏/180Pi;∏Ngp;节点总数Nzone;单元体总数单元节点遍历：P_z = zone_headLoop while p_z # null………P_z = z_next(p_z)End loopRead(ar，n)；将数组ar的前n个记录写到⽂件print zone state 显⽰塑性区域编写fish函数时，尽量采⽤浮点型，例如1.0⽽不是1Z_sig1 z_sig2 z_sig3 fish中的三个主应⼒，由⼤到⼩Print gp poison rang id n 输出节点n的坐标Xtable(n,s)对ID号为n的表的第s⾏，x列进⾏赋值，table表只有x,y两列Pl table 1 line/mark/both 关键词描述曲线的类型，线、标记、⼆者综合File_name=’add_step’+string(n)+’.sav’Gp_near(x,y,z)得到靠近坐标x,y,z的节点地址Gp_zdis(p_gp)地址为p_gp的节点的z向变形String(n)将变量n转换成字符串格式Dim 看基本⽹格⾥⾯的标准attach face 常⽤命令，建模型之后连接⾯sxx=syy=(λ/1-λ)szz szz= γHSel fix x y z (局部坐标系位移速度) / xrot yrot zrot(局部坐标系转动位移)Ini xdisp ydisp zdisp(全局坐标系位移) / xpos(节点全局坐标) / xrdisp(全局坐标系旋转位移) Xv(全局坐标系位移速度) / xrvel (全局坐标系旋转速度)如果边界是FIX控制，则⾃动平衡，不⽤apply 控制应⼒。

三种支护方式支护效果的模拟对比分析

三种支护方式支护效果的模拟对比分析张应【摘要】河南某矿2145底抽巷在已经产生明显变形的情况下，巷道仍然有进一步恶化的趋势，为了选择合理的支护方式，更好的保持巷道的整体稳定性，本文采用FLAC3D数值模拟软件对锚杆支护、锚杆-锚索联合支护和全断面短锚索支护在支护强度基本一致的情况下进行对比分析。

结果表明：采用全断面短锚索支护对巷道围岩的变形和塑性区的控制效果优于其他两种支护，可以满足生产需要；且锚索受力比较稳定，说明锚索很好的控制了围岩的变形，确保了巷道的整体稳定性。

【期刊名称】《煤矿现代化》【年(卷),期】2014(000)001【总页数】4页(P97-99,102)【关键词】锚杆支护;锚杆-锚索协调支护;全断面短锚索支护;对比分析【作者】张应【作者单位】煤炭工业郑州设计研究院股份有限公司，河南郑州 450007【正文语种】中文【中图分类】TD353河南某矿主采二叠系山西组二1煤层，二1煤厚1.48～17.53m，平均厚度7.84m，煤层结构简单，一般含有一层较稳定矸石，有些部位含有2～3层，夹矸多为炭质泥岩。

二1煤为全区可采的较稳定型厚煤层，煤层赋存标高+60～-850m，埋深8 0～1050m。

2145工作面东300m为-600m北大巷、西为2143工作面和三水平辅助回风巷、南90m、130m分别为三水平皮带暗斜井、三水平轨道暗斜井，北为214采区皮带下山，214采区专用回风巷，三水平回风暗斜井，如图1所示。

2145底抽巷于2007年掘进并支护完毕，一直保持稳定，支护状况良好。

2011年为缓和矿井的采掘关系，保证矿井的正常生产，开始布置2145工作面，首先开始掘进2145下顺槽，受掘进影响2145底抽巷开始产生变形破坏。

2145底抽巷断面为直墙半圆拱，距2145下顺槽水平距离约50m，与二1煤层垂距约为9m。

受2145下顺槽掘进影响，2145底抽巷顶板局部发生变形，表现为混凝土层沿垂直于顶板方向产生裂隙明显，靠近下顺槽一侧的肩窝变形较为严重，混凝土层有掉块现象发生；底板局部位置发生底鼓；两帮变形量显著增加，帮部承载能力的减弱进一步加剧了顶板的破坏。

FLAC-3D小技巧

1、如果是外观上看模型，要切换视角的话除了上述的快捷键，命令是：plot set rotation 20 0 60 rotation后面的3个数字是绕x、y、z轴转动的角度。

使用快捷键时，每次操作转动的角度，或者move的大小，可以通过plot set rotincrement和plot set moveincrement来设置。

2、从surfer把数据倒入FLAC3D!不知道各位在做象边坡地形表面这种不规则面的模型时有没有什么好招。

我最近发现了一种方法。

在FLAC3D的fish函数库中有一个叫TOPO的函数，可以生成自由表面模型的网格，关键是它要用到的那个数据表做起来非常麻烦，具体就是在地形图上平行y轴画一系列的等距的直线，然后读出每条与每条直线相交的等高线的x值和高程，然后生成一张表，格式是table y x z。

用surfer可以很方便的生成这张表，在DATA菜单下的convert...可以将GRD文件生成以上要求的那种格式。

3、按找手册中的解释，print gp position 是用来输出gp的位置坐标的；print zone gp是用来输出与zone相关的gp的id值的。

这样我就有一个上面的疑问，两个命令中的gp都有id值，是不是不同命令中的gp的id值相同的话，他们的坐标就可以看作是一样的啊？答：如果要画等值线的话，先输出gp的坐标来，将其另存为一个文件，再输出zone的应力值，将与zone对应的gp的id与前面输出的gp的id值对应起来，找到gp的坐标。

用excel打开上面的文件进行编辑，最后用surfer画等值线。

这样的办法太苯，不知到有没有更好的办法啊？4、plot stensor plane local on out off能够显示的主应力矢量图，但仍有两个问题1）显示的矢量图中应力好像没有变化，如何通过设置符号的大小表示应力的大小变化？2）应力符号好像总在图形没有发生变形前的单元中心，如何使应力符号在发生变形了的单元中心？5、个人经验，无论有限元还是flac，如果支护措施仅仅只考虑其刚度的贡献，岩体的变形和塑性区变化往往都不大，可能需要适当提高岩体的参数，才能反映支护的作用6、＜锚杆支护的数值模拟＞．中国矿业大学岩石力学与土木工程学报前段时间有篇文章专门关于flac锚杆单元应用模型修改的文章，7、如何模拟预应力自由式锚索？首先我想说说我在模拟预应力自由式锚索的做法,然后在说出现的问题,希望大家帮忙解决一下!我采用先整根生成的方法来生成锚索,然后给自由段和锚固段分别赋不同的参数,自由段的灌浆参数统统赋为零,锚固段的按试验值确定.在模拟垫墩时,把自由段外端的交接删除,然后重新生成刚性铰接(之所以这样做是因为模型介质较软,不这样做就收敛不了,介质内发生了流变.而全长粘结式锚索不需这样处理也和试验值拟合的很好),使得该结点不会和周围介质发生相对位移;然后在垫墩作用的面积上再施加一个均布力,大小等于预应力除以垫墩面积.问题是位移值拟合锝还可以,但是锚索的预应力增加值比实测的大的多,有没有其他的方法来模拟自由式锚索???8、Fish函数增加了以下几种新的特性：1.增加了fish变量来获取结点、单元和界面变量2.fish提供了获取结构单元变量的途径3.休单元和面单元性质目前可以通过单元变量名z_prop(i_z string)和界面单元名i_prop(i_z string)分别加以识别4.fish函数可以获取单元应变和应力速率，还提供了全应变增量张量和应变速率张量5.提供了fish绘图子程序函数够生用户定义的图形内容6.fish函数已经增加了从文件读、写数据的能力FLAC3D是一个强大的软件，但是不得不承认的，它的界面没有ansys好用，商业运行不是很强的说注意点：1.fish函数可以嵌套使用;2.以save命令保存模型时，fish函数和变量也同时保存；3.fish函数不支持缩写，这与flac3d命令不同，另外所有的fish函数或变量不区分大小写，程序同意转化为大写进行编译，当然也可以通过执行set case-sensitivity on来区分大小写；4.变量或函数名不能以一个数字开头也不能是下列字符：. , * / ^ = > < # ( ) [ ] @ ; “ '5.如果用命令set safe on 指定了编译安全模式，则用户调用fish函数时，函数名前必须加@；6.如果变量不曾赋值，则系统默认为零（整形），如果赋值，其类型由值的类型决定；7.fish函数的调用方法：.可以出项在其他fish函数的单独行中；.可以出现在其他fish函数的表达式中；.出现在flac3d的命令行中；.作为命令set,print,hist的参数。

flac3d数值模拟巷道锚杆模型

prop bulk 1.4e9 shear 0.87e9 cohesion 2.5e6 tension 0.3e6 friction 26 range group 底2
prop bulk 2.5e9 shear 1.87e9 cohesion 3.2e6 tension 1e6 friction 30 range group 灰岩
prop bulk 1.4e9 shear 0.87e9 cohesion 1.7e6 tension 0.3e6 friction 26 range group 底1
prop bulk 0.8e9 shear 0.56e9 cohesion 0.8e6 tension 0.1e6 friction 25 range group 煤
group 煤 range z 38 44.5 group 断层左
group 顶1 range z 44.5 48 group 断层左
group 顶2 range z 48 55 group 断层左
group 灰岩 range z 0 5.5 group 断层右
group 底2 range z 5.5 20.5 group 断层右
prop bulk 2.6e9 shear 2.5e9 cohesion 1.7e6 tension 0.3e6 friction 30 range group 顶1
prop bulk 2.6e9 shear 2.5e9 cohesion 3e6 tension 2e6 friction 30 range group 顶2
new
;断层左
gen zone brick size 30 50 55 &
p0 0 0 0 p1 50 0 0 p2 0 50 0 p3 0 0 55 p4 50 50 0 p5 0 50 55 p6 30 0 55 p7 30 50 55 rat 1 1 1 group 断层左

FLAC3D中锚杆拉剪断裂的实现与应用

锚杆而言，不考虑锚杆的剪切断裂对锚杆支护效果的影响较小。
关键词锚杆断裂 PILE 结构单元二次开发层状岩体围岩大变形
中图分类号：U451+.4
文献标识码：A
1 引言
作为一种深入围岩内部的支护结构，锚杆既能有效控制岩体的变形，又能增强岩体自身的承载能力。因此，其在地下工程围岩稳定性控制方面得到了广泛的应用。随着地下工程朝着大埋深方向发展[1，2]，围岩在复杂地质条件下产生的大变形容易导致锚杆出现拉伸、剪切以及拉剪复合断裂，使得锚固系统失去对岩体形变的控制能力，甚至引发支护体系整体失效。
上述数值模型均未考虑锚杆的剪切断裂与拉剪断裂。鉴于此，本文基于 FLAC3D 软件，对 PILE 结构单元进行修正，使其能准确地反映锚固体中锚杆在拉伸、剪切以及拉剪荷载作用下的形变至断裂全过程；然后将修正 PILE 单元用于层状岩体隧道围岩稳定性分析，探讨锚固系统中锚杆在多种荷载作用下的断裂过程，为隧道锚杆支护结构设计提供参考。
（2）锚杆剪切断裂与拉剪断裂基于 Li 等[5]锚杆剪切试验结果，对锚杆剪断力学行为进行验证。锚杆直径为 28 mm，其剪切荷载承载能力极限值为279 kN。建立的数值模型如图10所示，
shear loads
图 5 锚杆剪切力学模型 Fig,5 Shear mechanical model of anchor bolts
62
第 58 卷第 3 期 (总第 398 期), 2021 年 6 月出版
Vol.58, No.3 (Total No.398), Jun.2021
图 7 PILE 单元断裂计算流程 Fig.7 Calculation flow of PILE unit fracture

论文：软弱围岩隧道锚杆参数优化中的FLAC3D分析(尹清锋)

软弱围岩隧道锚杆参数优化中的FLAC3 D分析中建一局基础设施事业部尹清锋摘要软弱围岩隧道在开挖过程中极易产生大变形，甚至塌方，会严重影响施工的进度。

介绍了FLAC3D程序的应用范围、特点及建模过程，以某铁路隧道为例，应用FLAC3D程序分析了软弱围岩隧道的开挖过程，进而对软弱围岩隧道锚杆参数进行优化分析，给出了结论性建议。

关键词FLAC3D程序软弱围岩隧道锚杆参数优化一、概述我国西部某铁路隧道经过地层主要有第四系、第三系、白垩系、三叠系、志留系、奥陶系，并伴有加里东晚期的侵入。

尤其是，岭脊地段地质条件极其复杂，洞身穿越F4 、F5 、F6 、F7等四条区域性大断层带。

其中，F4断层主带，围岩以断层泥砾和角砾为主，角砾的成分主要是砂岩；F4断层影响带，围岩以成分为安山岩的碎裂岩为主；F7断层破碎带由泥砾及碎裂岩组成；9号斜井区段隧道穿越志留系的板岩夹千枚岩。

本段软岩种类多、岩性复杂，其主要地质特征表现为：岩体软弱破碎；埋深较大，最大埋深近1160m。

在施工过程中，隧道辅助坑道和正洞，特别在F4、F7断层及影响带、9号斜井工区正洞志留系千枚岩地层中，初期支护均发生过不同程度地受挤压破坏，破坏表现为拱顶下沉开裂，拱脚收敛压溃，拱腰内鼓开裂，墙腰内鼓变形也相当明显。

为确保软弱围岩隧道施工和运营的安全以及经济效益的合理，对锚杆参数进行优化分析。

目前国内多采用有限元数值分析方法研究隧道变形规律，进而达到锚杆参数优化的目的，其土体本构关系多简化为线弹性模型或非线弹性模型。

由于软弱围岩隧道岩土力学性能具有弹塑性体特征，因而其模拟结果与实际监测数据偏差较大。

而FLAC3D程序在模拟软弱围岩大变形方面有其独到的优点。

FLAC3D是三维快速拉格朗日差分分析(Fast Lagrangian Analysis of Continua in 3 Dimensions)的简称，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。