The invention discloses a method for analyzing the stability of non-uniformly distributed fissured roadways by numerical simulation, which relates to the mining technology field, and solves the technical problem of analyzing the stability of surrounding rock of roadways with non-uniformly distributed fissures by numerical simulation method so as to provide a basis for secondary support. The steps of the method include: (1) establishing a numerical model by using finite element simulation software; (2) non-uniformity. Setting parameters of rock mass probability distribution; (3) measuring and calculating geological strength index of roadway surrounding rock; (4) assigning material parameters of numerical model; (5) setting boundary conditions and calculating model excavation; (6) extracting monitoring data for roadway stability evaluation and secondary support design. This method combines field measurement and numerical simulation to simulate the deformation of roadway excavation under the condition of heterogeneous rock mass, so as to better analyze the stability of roadway surrounding rock. In addition, this method has the advantages of simple operation, accurate calculation and high reliability.
【技术实现步骤摘要】
一种利用数值模拟分析非均匀分布裂隙巷道稳定性的方法
本专利技术涉及采矿
,尤其是一种利用数值模拟和现场监测方法分析非均匀分布裂隙巷道稳定性的方法。
技术介绍
岩土工程的隧道、矿业、水电、核电等领域,尤其是地下工程中,岩体裂隙发育具有随机性、形态多样性和空间组合复杂性等特点,从而使得工程岩体的力学参数如弹性模量等具有较高的非均质性,岩体参数的非均质性对工程稳定产生重要影响,严重时会造成井下巷道等支护工程的意外失效。研究非均匀裂隙围岩稳定性控制是岩土工程领域的重要研究课题,对保证安全、高效的施工和生产具有重要指导意义,但是常规的数值模拟方法往往将岩体视为均匀介质,忽略岩体的非均匀性对工程的影响,因此无法对非均匀裂隙发育巷道围岩控制提供准确可靠的支持。目前,分析围岩失稳机理、研究围岩控制对策、设计支护方案等领域,岩土工程中广泛采用的数值模拟方法主要有:(1)有限元法,有限元法可以将不规则的网格单元拼接成不同形状的研究对象,有限元法应用性强且计算精度较高,但是计算过程复杂、计算量庞大,因此在模拟复杂的工程问题时有限元法存在一定的局限。(2)有限差分法,有限差分法用均匀的网格划分求解域,用有限个离散点的差分代替微分,具有建模方便计算效率高的优点,尤其适用于范围和规模较大的工程模拟。(3)离散元法,离散元法是解决不连续介质问题的数值模拟方法。该方法将裂隙岩体视为由完整岩体单元和节理面组成,单元可以发生平移、转动和变形,节理面允许被压缩、分离或滑动。离散元法适用于模拟节理面空间分布结构与节理面参数明确的裂隙岩体。但是节理空间分布形态以及参数很难进行合理的估算,而且 ...
【技术保护点】
1.一种利用数值模拟分析非均匀分布裂隙巷道稳定性的方法,其特征在于,步骤包括:步骤一.利用有限元模拟软件建立三维数值模型,包括数值模型的尺寸设计和网格划分;步骤二.非均匀岩体概率分布参数设定,包括确定概率分布函数,模拟岩体的非均质性;步骤三.测量并计算巷道围岩的地质强度指标,包括钻探取芯获取岩石质量指标和节理条件,地质强度指标的概率分布拟合;步骤四.对数值模型的材料参数进行赋值,所述材料参数包括弹性模量、泊松比、内聚力、内摩擦角、抗拉强度、残余内聚力和塑性应变量;步骤五.设定边界条件,模型开挖计算,所述边界条件包括施加重力模拟初始应力,设置应力边界条件和位移边界条件,所述开挖计算使用有限差分计算方法;步骤六.提取监测数据,进行巷道稳定性评估和二次支护设计。
【技术特征摘要】
1.一种利用数值模拟分析非均匀分布裂隙巷道稳定性的方法,其特征在于,步骤包括:步骤一.利用有限元模拟软件建立三维数值模型,包括数值模型的尺寸设计和网格划分;步骤二.非均匀岩体概率分布参数设定,包括确定概率分布函数,模拟岩体的非均质性;步骤三.测量并计算巷道围岩的地质强度指标,包括钻探取芯获取岩石质量指标和节理条件,地质强度指标的概率分布拟合;步骤四.对数值模型的材料参数进行赋值,所述材料参数包括弹性模量、泊松比、内聚力、内摩擦角、抗拉强度、残余内聚力和塑性应变量;步骤五.设定边界条件,模型开挖计算,所述边界条件包括施加重力模拟初始应力,设置应力边界条件和位移边界条件,所述开挖计算使用有限差分计算方法;步骤六.提取监测数据,进行巷道稳定性评估和二次支护设计。2.根据权利要求1所述的一种利用数值模拟分析非均匀分布裂隙巷道稳定性的方法,其特征在于,所述步骤一中的三维数值模型为长方体,在三维数值模型中部开挖巷道,巷道中部划分为顶板监测区域。3.根据权利要求1所述的一种利用数值模拟分析非均匀分布裂隙巷道稳定性的方法,其特征在于,所述步骤二中概率分布函数取韦布尔概率分布函数:其中u是单个元素的力学参数值,u0是尺度参数,m为材料的均质性系数。4.根据权利要求3所述的一种利用数值模拟分析非均匀分布裂隙巷道稳定性的方法,其特征在于,所述步骤二中使用蒙特卡洛法模拟岩体的非均质性,包括:A.在[μmin,μmax]之间随机取一个值μi,计算μi的概率密度函数...
【专利技术属性】
技术研发人员:蒋力帅,孔朋,束佳明,赵阳,袁龙,
申请(专利权)人:山东科技大学,
类型:发明
国别省市:山东,37
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