矿山中的力学问题与数值模拟.ppt

谭志宏岩石、岩体、岩体结构及其对岩石工程的影响岩石、岩体、岩体结构及其对矿山开采的影响岩石力学参数的测定影响岩石力学性质的因素有限单元法在矿山开采中的应用岩石是人类最早与之打交道的材料之一。人类利用岩石已经有久远的历史——旧石器时代、新石器时代。人类进行的岩石工程的时间则要晚得多。进入铜器时代以后，人类就一直在从事矿山开采。可以说，没有岩石工程，就没有人类文明。古埃及金字塔吉萨大金字塔：230万块石头组成，每块重15吨我国古代的科学技术，在世界上长期处于领先地位（美国中央情报局：TheWorldFactbook）。（ForcenturiesChinastoodasaleadingcivilization,outpacingtherestoftheworldintheartsandsciences）在水利工程和矿山开采方面，有春秋时期修建的四川都江堰，以及湖北铜绿山的战国时期的矿山开采遗址。赵州桥和卢沟桥也都是岩石工程的范例。四川都江堰然而，古代的岩石工程都是建立在经验的基础上的，没有现代科学技术的指导。自近代工业革命以来，人类所开展的工程规模越来越大，古代那样凭经验办事的方式已经不能满足需要了。1960年，国际岩石力学学会第一届学术会议在葡萄牙里斯本召开，岩石力学作为一门边缘学科，正式宣告成立。岩石力学可包含：地学中的岩石力学——地球物理学，研究地球构造、地震等。工程中的岩石力学——涉及矿山、水电、铁路公路、国防、能源（核废料处理等），等等部门。埃及阿斯旺大坝和纳赛尔湖

南非一水坝坝址水坝开始修建：基坑水坝正在修建正在浇灌

混凝土工地现场工地现场这些水电工程规模巨大，投资巨大，一旦发生溃坝或其它灾害事故，所产生的后果是人类难以承受的。

2.6亿m3岩石和土滑入水库，掀起250米高的巨浪。5000万m3水越过水坝。滑坡体滑动的最高速度达到110km/s大水摧毁了下游几个村镇，造成2000多人死亡1975年8月7日到8月8日，河南省驻马店地区因连降大雨，导致板桥、石漫滩两座大型水库、两座中型水库和数十座小型水库发生溃坝事故中国的经济大动脉京广铁路被毁102公里，中断通行18天，直接经济损失近百亿元。河南省29个县市、1700万亩农田遭灾，560万间房屋被毁，1100万人遭灾。死难人数超过8万人。工程设计的主要任务使用公式smax≤[s]即，工程结构中的应力smax，应小于或等于材料的许用应力[s]。smax可由计算获得，[s]则在实验室获得材料的强度，强度与安全系数之比，就是许用应力[s]。例如，梁的smax可由下式计算：复杂的工程，可用有限单元法来计算其中的应力。1960年，南非一个煤矿发生煤柱大规模垮蹋的事故，400多名矿工死亡。本溪煤矿煤尘爆炸，时间：1942年4月26日。死亡1527人，伤268人。由于现代岩石工程投资巨大，不可能采用极大的安全系数，这就需要开展岩石力学的研究，以便确定足够而又合理的安全系数。因此，即便是一个中等的水电工程，在岩石力学研究方面，通常也需要投入上千万元的资金。大型和特大型的工程就更不用说了。例如，作为与三峡工程密切相关的长江沿岸链子崖危岩的治理，工程治理费用上亿元。现代矿山的开采规模以及开采深度都越来越大，地下矿山的开采深度，已经达到3600多米，露天矿的开采深度，也已接近1000米。在这样深度的条件下，会出现许多前所未有的挑战，许多问题都需要通过岩石力学的研究来逐步解决。南非WestDeepGoldMine:采深超过3600米。岩爆岩爆岩爆岩爆早在1970年，就曾经有人对当时世界上最大露天矿做过计算。结论是，边坡变化1度，废石剥离所需要增加的费用将达5000万美元。事实上，对于一个开采深度为400米、露天周边总长度为4000米的露天矿，如果为了增加安全系数，将边坡坡度增减1度，则增加的剥离量将达1100万m3，增加的投资将达上亿元。对于一个开采深度为800米、周界长度相同的露天矿，则边坡增减1度所对应的工程量将达4400万m3。。。。露天边坡稳定性问题大冶铁矿的一次滑坡，滑下土石方量76万m3。清理、维修台阶，清除了200万m3，矿山停产半年。攀钢石灰石矿，1981年6月滑坡，1000万吨。1988年再次滑坡，1550万吨。美国怀俄明州的一个高岭土矿的一次滑坡，滑下的矿岩总量3800万m3，堵塞了河流，形成了一个60米长的人工湖，导致矿山报废。捷克的一个黏土矿，因大规模的滑坡，掩埋了邻近的一个村庄，2000多人死亡。地下矿井地压