沿煤层走向综放工作面中部围岩主应力场
140.8m
老顶岩层
采空区
沿煤层倾斜剖面工作面前方150m围岩主应力 场
沿煤层倾斜剖面工作面前方15m围岩主应力 场
沿煤层倾斜剖面工作面处围岩主应力场
沿煤层倾斜剖面工作面后方200m围岩主应力 场
2.5﹑沈阳地铁沈阳站施工力学行为分析
沈阳地铁一号线线路图
2.2 程潮铁矿主溜井特大塌方治理
24 m
N
措施井
1# 主 溜 井
2# 主 溜 井
西风井
1#、2#主溜井的布置图
“托斗法”法方案主视图
“托斗法”方案局部剖视图
加固前后主溜井围岩位移矢量场
卸矿水平剖面
加固前
加固后
加固前后主溜井围岩位移矢量场
卸矿井筒剖面
加固前
加固后
2.3 鹤壁四矿村庄下厚煤层特殊开采
2 2
0
x
f f3 f 1 2h x 0
2 f x 2 f1 f 3 2 f 0 h2 0
f f2 f4 y 2h 0
2 f 2 y
f2 f4 2 f0 h2 0
剖面图
700m 280m
杨 吕 寨
420m 750m F7
51
300m 430m
4F204
51
706m
4F206
63.5
4F105
54
2000m
中央条带两翼长壁开采方案
150m
80m
150m
三维计算模型图
1800 m
F7 4F105 4F206 4F204 1500 m
650 m
中央条带两翼长壁工作面开采后地表下沉
1.1、有限差分法
h f f1 f 0 h x 0 2
2
f x 2
2
0
y
12 8 11 3 7 4 0 2 10 h 5 1 6 9
h
h f f 2 f 3 f 0 h 2 x 0 x
二﹑FLAC3D应用实例 三﹑FLAC3D软件应用 四﹑FLAC3D模拟技巧
2.1、老虎台矿开采诱发矿震的力学机理分析

地质条件
F1
F26
F18
F25
F7-1
E5200剖面图
老虎台矿开采历史
老虎台矿自1907年开始开采，至今已有近百年的开采历史。
矿震事件统计
1988年1月至2000年5月，随着老虎台矿开采深度增大和向 断裂构造逼近，矿震频率和震级都呈上升趋势，平均每月 发生矿震52.2次，远远超出了抚顺地区天然地震的数量， 最大震级达到3.6ML。
横观各向同性弹性模型 德鲁克－普拉格模型
摩尔－库仑塑性模型 应变硬化/软化摩尔－库仑模型 遍布节理模型 双线性应变 硬化/软化遍布节理模型 修正的Cam粘土模型
变形和剪切强度是体积变量函数 的材料
1.4、FLAC3D结构单元
结构单元类型 1. 梁(beam)单元 2. 锚索(cable)单元 3. 桩(pile)单元 4. 壳(shell)单元 5. 格栅(geogrid)单元 土工织物；土工格栅 6. 衬砌(liner)单元
矿震震级 (ML) 矿震数目 (次) 5721 1675 298 63 19 7776 11.5 1.62.0 2.12.5 2.63.0 3.13.6
合计
矿震震级、频度与时间特征
计算模型
F1-A F1 F16 F18
F26 F25
1100m
F7-1
z y x 3800m
3000m
1999-2000
沈阳站地表建筑图
沈阳站 纪念碑 沈铁大旅社 中华路
沈阳站剖切模型图
地下结构模型图
Z
Y
X
Z Y X
Z
Y
X
开挖后地表土体位移分析
Z向位移
X向位移
Y X
Z
Y
Y向位移
Z X
Y
Z
X
基坑开挖后围护结构分析
主应力矢量图
围护结构水平位移图
0
-10
Z
-20
X0
Y
10 20 30 40 50 60 70 80
beam
cable pile
shell
geogrid
liner
1.5﹑FLAC3D接触单元
接触单元原理
1. 三角形单元(无厚度!) 2. 三种工作模式 a. 粘结界面 b. 粘接滑移 c. 库伦滑动
1.6、FLAC3D界面介绍
命令栏
1.6、FLAC3D界面介绍
图形显示窗口
提
纲
一﹑FLAC3D软件简介
Axes
86
101 82 80
50 49 49 36 35
Linestyle
77 78 76
45 41
59
71 66 61 43
37 29 33 25 33
57 55
34 20 19
52 33 41 31 21 23 6 51
53 15 11
19
13 9
21 17 5 17
18 4 3
17 7 13
8.2
8.4
8.6
8.8
9.0
9.2
9.4
9.6
Step
(1992-2000)
2.5
Shear Disp., mm
78001-1
2 1.5 1 0.5 0 7.8 8.0 8.2 8.4 8.6 8.8 9.0 9.2 9.4 9.6 Step
F25断层-200m
近断层岩体的动力学响应
Shear Disp., mm
Z 4 Y 3
1
Z
9
2 1
X 2
Y
1
X
节点
单元
3.3、基本单元生成
1400
1200
6 4
1200
1000
2 0
1000
y(m)
800
-2 -4
y(m)
800
600
-6 -8
600
400
Байду номын сангаас
-10 -12
400
200
Ex = (-11.8236,11.3979)(mm/m)
200 400 600 800 1000 1200 1400
200
Ey =(-12.8346,12.839) (mm/m)
200 400 600 800 1000 1200 1400
x(m)
x(m)
(a) X-方向
(b) Y-方向
2.4 综放采场围岩应力分布与稳定性研究
600m
500m
三 维 模 型
314.17m
模型剖面图
走向剖面
314.17m
500m
倾向剖面
600m
314.17m
综放工作面煤层内垂直应力分布三维视图
新的应力
1.3、FLAC3D本构模型
1. 开挖模型null 2. 3个弹性模型 a. 各向同性弹性 b. 横观各向同性弹性 c. 正交各向同性弹性 3. 8个塑性模型 a. Drucker-Prager模型 b. 双线性应变硬化/软化遍布节理模型 c. Morh-Coulomb模型 d. 应变硬化/软化模型 e. 遍布节理模型 f. 修正剑桥模型和胡克布朗模型
3.2 、FLAC3D基本称谓
节点 结构单元 模型边界 水平应 力边界
单元
水平应力 边界
内部边界
位移边界
FLAC3D 3.00
Settings: Model Perspective 08:46:55 Sat Jul 29 2006
121
Center: Rotation: X: 2.000e+000 X: 25.000 Y: 2.000e+000 Y: 0.000 Z: 2.000e+000 Z:5 40.000 12 124 120 Dist:1 1.486e+001 Mag.: 0.64 23 119 115 122 118 Ang.: 22.500 11 4
1﹑FLAC3D软件简介
4. 采用“混合离散法”用以精确模拟塑性坍塌和塑性流动。 这种方法比有限元法中采用的渐进迭代更为有效。 5. 采用全动力运动方程，即时对于静力问题也是如此。这使 得FLAC3D能够没有任何障碍地模拟物理不稳定性问题。 6. 采用显示求解方式（与常用的隐式方法比较）。显示方法 在求解非线性问题的（应力－应变关系）时间几乎等同于 线性关系问题，而隐式算法可能花费很长时间，因为它并 不需要储存任何矩阵，因此，不需要修改刚度矩阵，这就 意味着：（a）具有中等内存的计算机能够采用较多的计 算单元模拟；（b）模拟大应变问题比小应变问题几乎不 多花计算时间。
主讲：王金安
教授
提
纲
一﹑FLAC3D软件简介 二﹑FLAC3D应用实例
三﹑FLAC3D软件应用 四﹑FLAC3D模拟技巧
1﹑FLAC3D软件简介
1. FLAC3D——Fast Lagrangian Analysis of Continua in 3Dimensions 2. FLAC3D建立在拉格朗日算法基础上，采用有限差分显式算 法来获得模型全部运动方程(包括内变量)的时间步长解，从 而可以追踪材料的渐进破坏和垮落，这对研究岩土工程设计 是非常重要的。 3. FLAC3D适用模拟计算岩土材料力学行为，特别适合模拟大 变形和扭曲，包括材料的高度非线性(应变硬化/软化)、不可 逆剪切破坏和压密、粘弹(蠕变)、孔隙介质的应力—渗流耦 合、热—力耦合以及动力学问题等。