FLAC3D在巷道支护中的模拟分析

郭 力,赵 静,元永国

(吉林省辽源职业技术学院,吉林 辽源 136200)

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。

图 1 原模型示意图

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个单元。巷道支护断面示意图见图 2。原岩应力σxx为 2.8×107N;σyy为 2.4×107N;σzz为 2.0×107N。X方向上的两边界在 X方向的位移固定;Y方向上的两边界在 Y方向的位移固定;Z方向上下部边界固定其 X、Y、Z方向的位移,上部边界无约束。煤层赋存深度为 1 000m,原岩应力 2.0×107N。

图 2 巷道断面示意图

1.2 计算物理模型的确定

FLAC3D内置了 11种材料模型供选择,每种模型对应一种特殊类型的岩土材料的本构特性。岩石和煤是黏结状的粒状散体材料,选择M ohr-Cou lom b模型较适合巷道支护作用计算。

1.3 岩石力学参数的选取

根据现场地质调查和实验室研究提供的岩石力学试验结果,模拟计算采用的岩体力学参数见表 1。……