15 岩体力学数值计算方法及新进展简介2.ppt

岩体力学 专 业: 采矿工程 授课教师: 秦涛 电 话扩展内容 ：岩体力学数值计算方法 岩体力学数值计算方法 岩土工程数值模拟 开采后地表沉陷预计结果 一、有限元法 原理：通过最小总势能变分原理和分区插值的离散化处理把基本支配方程转化为线性代数方程，把待解域内的连续函数转化为求解有限个离散点（节点）处的场函数值。 应用要点： １.正确划分计算范围与边界条件 2.正确输入岩体参数及初始地应力场 3.采用特殊单元来考虑岩体的非连续性和边界效应 边坡稳定性评价——有限元法 二、边界单元法 有限元法是对问题的微分近似表达式给出了精确解，它实质上属于微分法。与微分法相对应的是积分法，积分法所涉及的边界可包围整个问题域，而数值分析的离散化仅在边界上近似。下图表示了在外部问题模拟时微分法与积分法之间的区别。 三、离散单元法 离散单元法完全强调岩体的非连续性。它认为，岩体中的各离散单元，在初始应力作用下各块体保持平衡。岩体被表面或内部开挖以后，一部分岩体就存在不平衡力，离散单元法对计算域内的每个块体所受的四周作用力及自重进行不平衡计算，并采用牛顿运动定律确定该岩块内不平衡力引起的速度和位移。反复逐个岩块进行类似计算，最终确定岩体在已知荷载作用下是否将破坏或计算出最终稳定体系的累计位移。 离散单元法算例：研究地下煤层开挖引起冒落和岩层移动，研究冒落带深度与节理间距的关系。 四、块体理论 块体理论就是针对个性各异的岩体中具有结构面这一共性，运用矢量分析和全空间赤平投影图形方法，构造出可能有的一切块体类型，进而将这些块体和开挖面的关系分成可移动块体和不可移动块体，对几何可移动块体在按力学条件分为稳定块体、潜在关键块体。 五、位移反分析法 1.位移反分析法：在岩体工程施工开挖过程中，通过测量位移、应变或应力，来确定岩体的初始地应力或岩体力学参数。 2.应用： 反分析法不仅是参数估计，它的进一步推广应用是工程预测和险情预报、反馈动态设计、调整施工方案以及可靠度评价等。 FLAC3D简介 FLAC3D是美国ITASCAR国际咨询与软件开发公司开发的三维数值分析软件，它是面向土木工程、交通、水利、石油及采矿工程、环境工程的通用软件系统；在国际土木工程(尤其岩土工程)学术界、工业界具有广泛影响和良好的声誉。 它包含10种弹塑性材料本构模型，有静力、动力、蠕变、渗流、温度五种计算模式，各种模式间可以互相耦合，可以模拟多种结构形式，如岩体、土体或其他材料实体，梁、桩、壳以及人工结构如支护、衬砌、锚索、土钉、界面单元等，可以模拟复杂的岩土工程或力学问题。 作业： 1.通过查阅资料，概述当今采矿工程中数值模拟计算方法的应用领域与方法？ * * 地下工程稳定 稳定定义：地下工程工作期限内，安全和所 需最小断面得以保证，称为稳定。 稳定条件 ： 地下工程岩体或支护体中危险点的应力和位移； 岩体或支护材料的强度极限和位移极限。 求二次应力状态时，要给出的基本条件： ①原始应力 ②本构关系 ③岩体性质参数 上次课内容 稳定性问题的力学本质 自稳 不自稳 围岩内危险点的应力和位移 计算围岩压力 支护中危险点的应力或位移 大于支护极限 小于支护极限 人工稳定 改革支护 上次课内容 岩体力学的发展与地质学科发展紧密相关 今天随着科学技术的迅速发展，世界上在矿产资源勘探，能源开发，工程建设的环境与安全等方面的需要，对岩体力学提出了更多更高的要求。大型，特大型的岩体工程修建，都使岩体力学面临着前所未遇的难题。这些问题的解决，一方面要依靠岩体力学的理论与方法进一步完善，另一方面，也要求地质学科，尤其是工程地质方面学科的理论与方法进一步完善。特别是勘探手段与技术方法的发展紧密相关。因此要发展岩体力学这门学科，应密切注视工程地质学科方面的发展，它们是相辅相成密不可分的。 采矿工程是解决岩石破碎和岩石防止破坏这一矛盾。 工程中的主要岩石力学问题 1.采动地压分布及诱发围岩破坏移动 2.地表沉陷 3.边坡失稳 4.巷道破坏及支护 5.煤层突水、瓦斯突出 运用