巷道開(kāi)挖的案例
巷道開(kāi)挖采動(dòng)應(yīng)力作用下鉆孔瓦斯抽采案列
此案例為巷道開(kāi)挖過(guò)程鉆孔施工煤巖體應(yīng)力擾動(dòng)時(shí)，煤體滲透率演化發(fā)展以及鉆孔抽采。該模型與傳統(tǒng)抽采模型相比具有以下創(chuàng)新點(diǎn)：傳統(tǒng)抽采模型并未考慮巷道開(kāi)挖引起的采動(dòng)應(yīng)力對(duì)煤體滲透率的影響，該模型同時(shí)考慮巷道開(kāi)挖與鉆孔施工引起的采動(dòng)應(yīng)力對(duì)滲透率分布影響，進(jìn)而引起煤層瓦斯抽采效果。此模型可以看到巷道、鉆孔周圍塑性區(qū)域分布，可分析巷道鉆孔周圍主應(yīng)力、主應(yīng)變分布，此外該模型為三維抽采模型與二維模型相比更能反映實(shí)際抽采狀態(tài)。該建模過(guò)程分為三步：1.確定初始地應(yīng)力；2.確定巷道、鉆孔施工引起的采動(dòng)應(yīng)力下煤體滲透率分布；3.調(diào)用采用應(yīng)力下煤體滲透率，設(shè)置抽采負(fù)壓，進(jìn)行鉆孔抽采瓦斯。
初始應(yīng)力分布
巷道開(kāi)挖應(yīng)力分布
巷道周圍塑性分布
瓦斯壓力分布
鉆孔周圍滲透率分布
鉆孔周圍瓦斯壓力分布
展開(kāi) 兩條平行巷道開(kāi)挖后圍巖應(yīng)力和位移分布的數(shù)值模擬
首先檢查巷道之間的位移，從下圖可以看出，兩個(gè)巷道之間的位移幾乎為零，顯示出巷道之間的圍巖不受影響。
應(yīng)力跡線圖顯示出巷道之間產(chǎn)生的最大主應(yīng)力和最小主應(yīng)力，沒(méi)有產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象。
強(qiáng)度系數(shù)圖顯示出巷道之間沒(méi)有產(chǎn)生拉應(yīng)力區(qū)域。
上述結(jié)果表明在目前假設(shè)的條件下，設(shè)置巷道之間4m的間距應(yīng)該是可行的。
4 結(jié)束語(yǔ)
主應(yīng)力軸與水平軸的夾角對(duì)開(kāi)挖后的應(yīng)力分布具有明顯的控制作用，在上述分析中，假定這個(gè)角度為零。不過(guò)，大多數(shù)實(shí)測(cè)的主應(yīng)力顯示這個(gè)角不是零度，所以上述結(jié)論也包含了這個(gè)假設(shè)。此外，群內(nèi)有位工程師提出是否可以使用礦柱經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)估算巷道之間的安全距離，由于礦柱強(qiáng)度估算[礦柱強(qiáng)度估算---Greenwald公式；礦柱強(qiáng)度估算---Obert-Duvall公式(Pillar Strength Formula)]主要是針對(duì)房柱采礦法使用的，其受力機(jī)理與兩條平行巷道開(kāi)挖的受力機(jī)理不同，因此不建議使用礦柱強(qiáng)度經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)估算。
非常感謝各位同仁對(duì)該問(wèn)題的討論。
展開(kāi) abaqus顯式動(dòng)力學(xué)在煤層頂板垮落中的應(yīng)用
模擬效果如下：
視頻連接：
仿真任務(wù)說(shuō)明書(shū)：
計(jì)算任務(wù)描述：模擬在煤層巷道開(kāi)挖后，煤層頂板的垮落情況。
仿真計(jì)算所采用的設(shè)備基本情況：華碩四核筆記本電腦，酷睿i5處理器，2G內(nèi)存。
計(jì)算模型的處理技術(shù)：將實(shí)際的三維地質(zhì)情況，假定為平面應(yīng)變彈性力學(xué)問(wèn)題；對(duì)煤層頂板的力學(xué)行為假定為彈性-DP塑性-剪切損傷。
計(jì)算機(jī)的耗時(shí)情況：5min。
仿真結(jié)果：在煤層巷道開(kāi)挖后，煤層頂板可以完全垮落，放頂采煤效果100
小傾角水平巷道開(kāi)挖建模
最后開(kāi)挖時(shí)，定義單獨(dú)一個(gè)group，然后開(kāi)挖它。
圓形洞室好建，你要建復(fù)雜些的，比如直墻拱洞室，就麻煩些，也要分開(kāi)建，再開(kāi)挖。若更復(fù)雜，比如弧拱，就很麻煩，你最好在ANSYS中建模，然后用大俠門(mén)的轉(zhuǎn)換程序轉(zhuǎn)到FLAC中。
最后附上一個(gè)3D例子，只建了一個(gè)分界面，
1.rar
煤礦開(kāi)采/生死單元/地應(yīng)力平衡/ABAQUS/基坑開(kāi)挖/隧道開(kāi)挖/摩爾-庫(kù)倫模型等 ￥300
本教程以煤層開(kāi)挖過(guò)程為例，在ABAQUS中建立仿真模型，結(jié)合地應(yīng)力平衡、生死單元（Model change）、 Mohr-Coulomb 模型等開(kāi)展仿真分析。
仿真模型可用以分析煤層開(kāi)挖過(guò)程中的巖體變形及破壞情況，地應(yīng)力平衡、生死單元功能可拓展用于基坑開(kāi)挖、巷道開(kāi)挖、隧道開(kāi)挖等工程分析。
詳細(xì)設(shè)計(jì)及操作過(guò)程請(qǐng)下載附件，附件內(nèi)包含2維開(kāi)挖模型，3維逐步開(kāi)挖模型，3維逐層開(kāi)挖模型等3種模型源文件，學(xué)習(xí)過(guò)程中若存在問(wèn)題，可詢2923247172@qq.com。
展開(kāi) midas GTS NX能做什么？有什么特點(diǎn)？
midas gts nx是韓國(guó)開(kāi)發(fā)的一款巖土有限元分析軟件，致力于二維、三維巖土有限元分析，包括靜力施工階段分析，邊坡分析，滲流固結(jié)分析，動(dòng)力分析，廣泛應(yīng)用于隧道與基坑計(jì)算、市政地鐵車站、礦山巷道開(kāi)挖、大壩應(yīng)力分析、爆破分析、列車移動(dòng)荷載分析、巖土滲流計(jì)算、巖土動(dòng)力分析、荷載結(jié)構(gòu)計(jì)算等巖土有限元分析。使用人群大多為高校研究人員和設(shè)計(jì)院相關(guān)從業(yè)人員。
Midas在中國(guó)分公司為為北京邁達(dá)斯技術(shù)有限公司( MIDAS IT)，在巖土領(lǐng)域有midas GTS NX, midas SOILWORKS, midas XD三款軟件，其中soilworks致力于解決巖土二維有限元分析，致力于解決基坑的平面剖面分析設(shè)計(jì)力計(jì)算，并可以接入midas gts計(jì)算。 作為一款有限元軟件，midas gts nx解決巖土有限元計(jì)算，基于有限元連續(xù)介質(zhì)理論，對(duì)于一些非有限元問(wèn)題，例如涌水問(wèn)題，裂隙張開(kāi)度問(wèn)題，是不能解決的，或者說(shuō)計(jì)算出來(lái)效果不佳。有別于通用有限元計(jì)算軟件ansys，abaqus等，midas gts nx是一款巖土類專業(yè)計(jì)算軟件,因此軟件中設(shè)置了一些建模助手，例如隧道截面助手，隧道建模助手，錨建模助手，施工階段助手，土工實(shí)驗(yàn)助手，界面助手等。 行業(yè)內(nèi)其他巖土專業(yè)計(jì)算軟件，有FLAC, PLAXIS還有國(guó)產(chǎn)的理正等，各有優(yōu)勢(shì)。
midas gts的主要優(yōu)勢(shì)為強(qiáng)大的前后處理功能，軟件界面友好，界面交互操作簡(jiǎn)便易懂，學(xué)習(xí)周期短。midas gts nx有豐富的接口，可以導(dǎo)入BIM格式的實(shí)體文件，midas家族其他軟件建立的結(jié)構(gòu)文件( 例如midas gen的mxt文件)，CAD文件進(jìn)行結(jié)構(gòu)與巖土的協(xié)同分析。其強(qiáng)大的建模功能，可以使用地形數(shù)據(jù)生成器結(jié)合鉆孔數(shù)據(jù)建立真實(shí)地形與地層分界面，并結(jié)合擴(kuò)展-切割-布爾運(yùn)算等功能，建立真實(shí)的分析工況。
展開(kāi) 梁結(jié)構(gòu)元的滑落與分離(Slide and Separate)模擬
struct link attach x shear-yieldstruct link attach y shear-yieldstruct link attach z normal-yield
同時(shí)改變鏈接屬性：
struct link property x stiffness 10e3 cohesion 1 friction 30struct link property y stiffness 10e3 cohesion 1 friction 30struct link property z stiffness 10e3 yield-tens 1
3 實(shí)例
這個(gè)例子模擬了一個(gè)巷道開(kāi)挖，開(kāi)挖后使用3個(gè)環(huán)狀的梁結(jié)構(gòu)元進(jìn)行支護(hù)，在實(shí)踐中，這近似地對(duì)應(yīng)于鋼拱結(jié)構(gòu)的支護(hù)。默認(rèn)狀態(tài)下，當(dāng)加入梁結(jié)構(gòu)元后，梁與圍巖呈剛性鏈接，梁的最大軸力為1.05MPa。如果考慮梁?jiǎn)卧幕瑒?dòng)與分離，梁的最大軸力為0.89MPa。這顯示出，當(dāng)考慮了梁的滑動(dòng)和分離后，梁內(nèi)的軸力會(huì)減小，因此這種考慮更接近于真實(shí)情況。
此外，當(dāng)在初始的剛性狀態(tài)下，梁結(jié)構(gòu)元的鏈接不會(huì)出現(xiàn)任何屈服，而當(dāng)考慮了梁的滑動(dòng)和分離后，梁顯現(xiàn)出鏈接的屈服。
下面三個(gè)命令可以檢查當(dāng)前鏈接的狀態(tài)。
structure beam list
structure beam list system-local
structure beam list information
展開(kāi) 技術(shù)鄰周報(bào)Q18：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)/Abauqs/氣固耦合/NVH/巖土/iSolver/超彈模型/CFD/動(dòng)力總成...
5、兩條平行巷道開(kāi)挖后圍巖應(yīng)力和位移分布的數(shù)值模擬
作者：
計(jì)算巖土力學(xué)
鏈接：https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1830215
礦業(yè)交流群內(nèi)一位工程師問(wèn)了這么一個(gè)問(wèn)題：在RMR分級(jí)為2類的圍巖中，開(kāi)挖兩條平行巷道，巷道斷面尺寸為4m*4m, 巷道之間的距離為4m, 問(wèn)放炮會(huì)不會(huì)把兩條巷道穿透？群內(nèi)工程師們進(jìn)行了熱烈的討論，從理論和實(shí)踐的角度提出了許多觀點(diǎn)。這個(gè)筆記簡(jiǎn)要從兩條巷道之間圍巖的應(yīng)力和變形討論了設(shè)置的安全距離。
6、卡車氫系統(tǒng)的框架結(jié)構(gòu)有限元分析及優(yōu)化
作者：吳先鋒
鏈接：https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1830397
氫燃料系統(tǒng)是中型卡車的動(dòng)力總成，固定于車架上。目前國(guó)內(nèi)對(duì)于一般車型的設(shè)計(jì)及強(qiáng)度校核，還是依靠經(jīng)典的材料力學(xué)、彈性力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)的經(jīng)驗(yàn)公式。傳統(tǒng)的分析設(shè)計(jì)方法，具有一定的局限性，使得動(dòng)力總成的更新?lián)Q代的速度較慢。因此設(shè)計(jì)中不可避免地造成動(dòng)力總成各部分強(qiáng)度分配不合理現(xiàn)象，使得整個(gè)設(shè)計(jì)成本較高，達(dá)不到優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的。隨著有限元技術(shù)的推廣及計(jì)算機(jī)軟硬件的發(fā)展，汽車行業(yè)已將CAE技術(shù)用于汽車整體設(shè)計(jì)與研究，為設(shè)計(jì)人員提供了可靠的計(jì)算工具。
7、非線性有限元分析之超彈模型neo-Hookean
作者：
天佑有限元
鏈接：https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1830432
在結(jié)構(gòu)有限元分析中，常會(huì)遇到如橡膠、生物組織等非金屬材料。由于這些材料的力學(xué)性能和金屬材料的力學(xué)性能有著巨大區(qū)別，如大彈性變形，不可壓縮性，粘彈性等等。
展開(kāi) ABAQUS基礎(chǔ)問(wèn)答（第一期）
A:不用Dload也可以實(shí)現(xiàn)，試著設(shè)置多個(gè)step，每個(gè)step對(duì)應(yīng)一個(gè)荷載位置
26.Q: 用ABAQUS做巷道開(kāi)挖的命令，reomve 后邊是輸入《被指定單元》還是單元集合。難道要一個(gè)一個(gè)被挖的定義網(wǎng)格單元么？
A:不用，可以先在前面定義好區(qū)域，geometry集合或者單元集合，然后keywords里面進(jìn)行remove功能。
27.Q: 彈塑性矩陣【D】與ddsdde有何聯(lián)系?
A:stress=D*stran；d(stress)=ddsdde*d(stran)。
28.Q: 請(qǐng)問(wèn)在模型中某一部件與另一部件接觸，其中一個(gè)部件運(yùn)動(dòng)，由于摩擦力帶動(dòng)另一部件自由旋轉(zhuǎn)如何設(shè)置？
A:首先主動(dòng)部件和從動(dòng)部件之間的接觸設(shè)置高摩擦系數(shù)，或者為rough，然后邊界條件里面從動(dòng)部件的 位移/旋轉(zhuǎn)選項(xiàng)里 旋轉(zhuǎn)前面不要打勾，即 自由旋轉(zhuǎn)。
29.Q: 怎么在abaqus中加一個(gè)質(zhì)量點(diǎn)，就是只有質(zhì)量，沒(méi)有密度的一個(gè)點(diǎn)，而且能指定重量的方向？
A:你試下先定義參考點(diǎn)，然后給參考點(diǎn)加上Point mass，具體在Interaction 模塊下的Special-Inertia里面可以找到。
30.Q:在邊界條件和加載時(shí)，總是有initial這個(gè)步，然后是我們自己定義的加載步，請(qǐng)問(wèn)這 個(gè)initial步,能不能去掉？
A:不能去掉,所有的分析都有,是默認(rèn)的步。
持續(xù)更新，歡迎轉(zhuǎn)載。
最后，感謝技術(shù)鄰藍(lán)牙老師幫助編寫(xiě)，如需轉(zhuǎn)載請(qǐng)署名技術(shù)鄰！
展開(kāi) FLAC3D模擬煤礦頂板斷頂預(yù)裂卸壓（雙屈服本構(gòu)模擬采空區(qū)） ￥49.9
當(dāng)頂板發(fā)生突然垮斷時(shí)，會(huì)瞬間釋放大量能量，對(duì)巷道和工作面造成劇烈沖擊，誘發(fā)沖擊地壓等災(zāi)害。因此，預(yù)裂卸壓技術(shù)（如高位定向長(zhǎng)孔預(yù)裂爆破）被廣泛應(yīng)用于煤礦采場(chǎng)應(yīng)力調(diào)控實(shí)踐中。</p><p>本文將介紹一種使用FLAC3D模擬頂板巖層預(yù)裂卸壓效果，主要包含：（1）數(shù)值模型建立、預(yù)制斷裂接觸帶和定義爆破軟化區(qū)；（2）原巖應(yīng)力場(chǎng)平衡；（3）巷道循環(huán)開(kāi)挖及錨桿支護(hù)；（4）采用雙屈服本構(gòu)模型模擬采空區(qū)；（6）對(duì)目標(biāo)巖層實(shí)施斷裂</p><p><br></p><figure style="text-align: center;" class="ql-align-center">
<figure class="figure-image" contenteditable="false" data-img="https://img.jishulink.com/202507/attachment/102ed06e8bae4b72a59703055ce3d9db.png" style="display: inline-block;">
<img src="https://img.jishulink.com/202507/attachment/102ed06e8bae4b72a59703055ce3d9db.png" data-mobile-src="https://img.jishulink.com/202507/attachment/102ed06e8bae4b72a59703055ce3d9db.png?image_process=/format,webp" data-pc-src="https://img.jishulink.com/202507/attachment/102ed06e8bae4b72a59703055ce3d9db.png?
展開(kāi) 物理模擬技術(shù)---基底摩擦模型的歷史回顧(Base Friction Model)
3.2 地下開(kāi)挖
Goricki (1999)進(jìn)行了大量的基底摩擦模型試驗(yàn)，用來(lái)研究連續(xù)和平行節(jié)理對(duì)地下開(kāi)挖的影響。下圖所示的是在水平節(jié)理巖體中開(kāi)挖的破壞順序，破壞開(kāi)始于頂部，然后向上逐層傳播，直至達(dá)到一個(gè)具有足夠強(qiáng)度特性的層為止。
在水平節(jié)理化巖體中開(kāi)挖的基底摩擦模型
下圖所示的是相應(yīng)的數(shù)值模型，節(jié)理傾角為0與節(jié)理傾角為30°開(kāi)挖圍巖破壞的情況。
基于FLAC3D的地下硐室通道錨網(wǎng)噴支護(hù)分析
2 應(yīng)用實(shí)例
接下來(lái)將以一個(gè)煤礦巷道錨網(wǎng)噴支護(hù)的實(shí)例來(lái)演示上述結(jié)構(gòu)單元link相應(yīng)操作的實(shí)現(xiàn)。某煤礦巷道，其斷面形式為直墻半圓拱型，混凝土噴層和錨桿的布置方式與圖9中接近。錨桿加固的作用是提供局部抵抗巖塊滑動(dòng)及裂縫開(kāi)展的剛度。錨桿借助于水泥漿或樹(shù)脂藥卷沿其長(zhǎng)度方向提供了抗剪能力。錨桿及錨索采用cable單元進(jìn)行模擬。
計(jì)算模型的邊界條件主要采用位移邊界條件：在模型底邊施加豎向位移約束，在模型左右豎向邊界面施加水平位移約束，在模型的前后豎向邊界面施加前后的水平位移約束。在FLAC3D中，位移邊界的實(shí)現(xiàn)是通過(guò)約束指定范圍內(nèi)網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)(gridpoint)的速度實(shí)現(xiàn)的。
地應(yīng)力主要包括自重應(yīng)力和構(gòu)造應(yīng)力在巖體上產(chǎn)生的初始應(yīng)力狀態(tài)。結(jié)合淮南地區(qū)深部地應(yīng)力的特點(diǎn)，取豎向應(yīng)力和水平應(yīng)力相等，數(shù)值按巖體自重應(yīng)力換算而來(lái)。初始應(yīng)力如圖10所示。
模擬考慮了具體的施工過(guò)程，即先進(jìn)行圍巖的開(kāi)挖，接下來(lái)進(jìn)行混凝土噴層及網(wǎng)片的施工，再進(jìn)行錨桿的安裝施工。分節(jié)段先前推進(jìn)，每個(gè)節(jié)段的進(jìn)深為2.4m。在FLAC3D中模擬施工開(kāi)挖比較方便，只需要賦予應(yīng)該開(kāi)挖部分的圍巖null模型，該部分圍巖的剛度等材料屬性就被設(shè)置為極小的數(shù)值，相當(dāng)于從模型中被挖去。本次模擬出于演示的目的，共有5個(gè)開(kāi)挖步，每步開(kāi)挖2.4m，直至開(kāi)挖貫通整個(gè)模型的縱向。
開(kāi)挖完每一段巷道巖體后，圍巖的應(yīng)力發(fā)生釋放，圍巖產(chǎn)生變形。之后馬上進(jìn)行錨網(wǎng)噴施工。混凝土噴層厚25mm，錨桿間排距800mm，錨桿長(zhǎng)度2.5m。混凝土噴層采用liner單元模擬，錨桿采用cable單元模擬。一個(gè)開(kāi)挖完畢節(jié)段內(nèi)安裝的噴層和錨桿情況如下圖所示。
圖11 第一節(jié)段開(kāi)挖結(jié)束后錨桿和噴層布置圖
支護(hù)結(jié)構(gòu)安裝完畢后，繼續(xù)進(jìn)行下一個(gè)節(jié)段的開(kāi)挖。開(kāi)挖后進(jìn)行噴層和錨桿的支護(hù)施工。以此類推。圖12為開(kāi)挖完成三個(gè)節(jié)段后的噴層和錨桿布置圖。
展開(kāi) 基于FLAC3D的地下硐室通道錨網(wǎng)噴支護(hù) 附FLAC-3D深基坑的開(kāi)挖與支護(hù)的命令流下載
2 應(yīng)用實(shí)例
接下來(lái)將以一個(gè)煤礦巷道錨網(wǎng)噴支護(hù)的實(shí)例來(lái)演示上述結(jié)構(gòu)單元link相應(yīng)操作的實(shí)現(xiàn)。某煤礦巷道，其斷面形式為直墻半圓拱型，混凝土噴層和錨桿的布置方式與圖9中接近。錨桿加固的作用是提供局部抵抗巖塊滑動(dòng)及裂縫開(kāi)展的剛度。錨桿借助于水泥漿或樹(shù)脂藥卷沿其長(zhǎng)度方向提供了抗剪能力。錨桿及錨索采用cable單元進(jìn)行模擬。
計(jì)算模型的邊界條件主要采用位移邊界條件：在模型底邊施加豎向位移約束，在模型左右豎向邊界面施加水平位移約束，在模型的前后豎向邊界面施加前后的水平位移約束。在FLAC3D中，位移邊界的實(shí)現(xiàn)是通過(guò)約束指定范圍內(nèi)網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)(gridpoint)的速度實(shí)現(xiàn)的。
地應(yīng)力主要包括自重應(yīng)力和構(gòu)造應(yīng)力在巖體上產(chǎn)生的初始應(yīng)力狀態(tài)。結(jié)合淮南地區(qū)深部地應(yīng)力的特點(diǎn)，取豎向應(yīng)力和水平應(yīng)力相等，數(shù)值按巖體自重應(yīng)力換算而來(lái)。初始應(yīng)力如圖10所示。
模擬考慮了具體的施工過(guò)程，即先進(jìn)行圍巖的開(kāi)挖，接下來(lái)進(jìn)行混凝土噴層及網(wǎng)片的施工，再進(jìn)行錨桿的安裝施工。分節(jié)段先前推進(jìn)，每個(gè)節(jié)段的進(jìn)深為2.4m。在FLAC3D中模擬施工開(kāi)挖比較方便，只需要賦予應(yīng)該開(kāi)挖部分的圍巖null模型，該部分圍巖的剛度等材料屬性就被設(shè)置為極小的數(shù)值，相當(dāng)于從模型中被挖去。本次模擬出于演示的目的，共有5個(gè)開(kāi)挖步，每步開(kāi)挖2.4m，直至開(kāi)挖貫通整個(gè)模型的縱向。
開(kāi)挖完每一段巷道巖體后，圍巖的應(yīng)力發(fā)生釋放，圍巖產(chǎn)生變形。之后馬上進(jìn)行錨網(wǎng)噴施工。混凝土噴層厚25mm，錨桿間排距800mm，錨桿長(zhǎng)度2.5m。
展開(kāi) 