FLAC3D断层模拟中接触面法与弱化法的研究及应用

发布时间：2017-08-26 04:23

  本文关键词：FLAC3D断层模拟中接触面法与弱化法的研究及应用

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【摘要】：论文以童亭矿Fx26断层为工程背景,综合运用理论分析、数值模拟、实验研究等方法,总结归纳了FLAC3D数值模拟的原理及具体步骤,阐述了FLAC3D断层模拟的方法、原理及注意事项;通过实验室实验获得了典型岩层的力学参数,分析研究了断层模拟中各项参数对断层原岩应力场的影响规律,提出了合理确定各项参数的方法;根据力学分析,推出了断层发生粘滑时的运动表达式,采用接触面法对工作面由上盘过斜交断层展开研究,得到了区域应力演化规律。主要取得如下创新成果:(1)总结得到FLAC3D数值模拟的具体步骤及有关注意事项,完善了AutoCAD、ANSYS建立模型导入FLAC3D的 CAD—ANSYS—FLAC3D‖建模法及FLAC3D模拟结果导入Excel、Tecplot的数据处理方法,合理解决了操作过程中的岩层分组、坐标转换及数据输出等关键问题。(2)研究获得接触面参数及弱化参数对断层模拟的影响规律:随着接触面刚度的增加,端部应力集中程度逐渐降低,内聚力及内摩擦角影响较小;随着弱化参数的增大,集中程度逐渐降低,平衡速度随着内摩擦角的增大而加快,随着内聚力及模量的增大而降低,抗拉强度对断层模拟几乎没有影响。(3)提出了较为科学合理的确定接触面及弱化参数的方法:根据同一工程案例,应力环境一定的原理,采用两种断层模拟方法进行数值模拟,通过分析比较不同模拟方案下的模拟结果以确定相关参数。本章涉及案例中,接触面刚度应取周围单元体最硬刚度的0.005倍,接触面及弱化法内摩擦角取泥岩内摩擦角的一半,其余参数为泥岩相应力学参数的1/20。(4)以前述研究成果为基础,模拟研究获得工作面由上盘过斜交断层时应力演化规律:工作面支承压力过断层前逐渐增大、过断层后降低并趋于稳定;随着工作面向断层推进,端部应力集中程度逐渐增大,待工作面通过相应位置时,应力得到释放逐渐降低,工作面过断层时,断层易发生滑移失稳;垂直应力沿工作面呈现出先降低、突然增大、再降低,最后增大并趋于稳定的规律。
【关键词】：FLAC3D 断层 接触面法 弱化法
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD353
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-16
• 变量注释表16-17
• 1 绪论17-27
• 1.1 研究背景及意义17-18
• 1.2 国内外研究现状18-25
• 1.3 研究内容及技术路线25-27
• 2 FLAC~(3D)断层模拟方法理论研究27-45
• 2.1 FLAC~(3D)数值计算原理27-31
• 2.2 FLAC~(3D)断层模拟方法31-34
• 2.3 FLAC~(3D)断层模拟步骤34-44
• 2.4 本章小结44-45
• 3 FLAC~(3D)断层模拟方法数值分析45-61
• 3.1 围岩力学参数测试45-48
• 3.2 接触面参数对数值模拟的影响48-53
• 3.3 弱化参数对数值模拟的影响53-58
• 3.4 接触面及弱化参数选取58-60
• 3.5 本章小结60-61
• 4 采动影响下断层失稳及应力演化规律61-70
• 4.1 应力扰动下的断层滑动61-63
• 4.2 工作面过斜交断层数值模拟63-69
• 4.3 本章小结69-70
• 5 工程案例70-75
• 5.1 工程概况70
• 5.2 过断层安全措施70
• 5.3 过断层围岩控制技术70-72
• 5.4 围岩控制效果72-74
• 5.5 本章小结74-75
• 6 结论75-77
• 参考文献77-82
• 作者简历82-84
• 学位论文数据集84

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本文编号：739643