【導(dǎo)讀】根據(jù)計(jì)算對(duì)象的形狀用單元和區(qū)域構(gòu)成相應(yīng)的網(wǎng)格。每個(gè)單元在外載和邊界。分析材料達(dá)到屈服極限后產(chǎn)生的塑性流動(dòng)。。由于FLAC程序主要是為巖土工程。和壓密、粘彈(蠕變)、孔隙介質(zhì)的固—流耦合、熱—力耦合以及動(dòng)力學(xué)行為等，支護(hù)結(jié)構(gòu)，如砌襯、錨桿、可縮性支架或板殼等與圍巖的相互作用也。此外，程序允許輸入多種材料類型，亦可在計(jì)算過程。同時(shí)，用戶可根據(jù)需要在FLAC中創(chuàng)建自己的本構(gòu)模型，進(jìn)行各種特殊。FLAC程序建立在拉格朗日算法基礎(chǔ)上，特別適合模擬大變形和扭曲。材料的漸進(jìn)破壞和垮落，這對(duì)研究工程地質(zhì)問題非常重要。使用者還可根據(jù)需要，將若干個(gè)變量合并在同一副圖形中進(jìn)行研究分。注意，所有的模型都是在有效應(yīng)力的基礎(chǔ)上進(jìn)行計(jì)算的，在本構(gòu)關(guān)系調(diào)入程。序之前，將孔隙壓力把整體應(yīng)力轉(zhuǎn)化成有效應(yīng)力。和平行于介質(zhì)的彈性模量明顯不同。公式中，K和G分別為剪切模量和體積模量。

　　

【正文】 n=? 其中： 錨桿的起始端為結(jié)點(diǎn)號(hào)，終端為坐標(biāo)； seg n——表示將錨桿劃分的區(qū)段； prop n1——表示錨桿的性質(zhì)為第 n1 種； e——錨桿的彈性模量； yield——錨桿的屈服強(qiáng)度； a——錨桿的橫截面積； sbond——錨桿的變形模量； kbond——錨桿的剪切模量； sfri——錨桿和砂漿之間的內(nèi)摩擦角； perimeter——鉆孔的周長； den——錨桿的密度。 i1,j1 i2,j2 c s ,? m m m 錨桿 砂漿體 錨桿軸向剛度 砂漿剪切剛度 砂漿粘聚力 ,摩擦力 K b K s K b K b K s c s , ? L 錨固結(jié)點(diǎn) 圖 636 錨桿全長錨固砂漿材料的力學(xué)特性模擬體系 例如： grid 30,20 mod m gen 0,0 0,20 30,20 30,0 prop d bu sh c fri 42 ten mod nu i=20,30 j=15,20 struct cable begin grid 20,16 end 10,14 seg 10 prop 1 stru prop 1 e=2e5 yield= a= sbond= kbond= stru prop 1 sfri=30 perimeter= den= fix x i=1 fix x i=31 fix y j=1 set grav step 1000 圖 637 錨桿全長錨固模擬 i1,j1 x,y 3 FLAC 應(yīng)用舉例分析 以上內(nèi)容詳細(xì)地介紹了使用 FLAC 程序建模的過程，以及建模過程中應(yīng)注意的問題，下面將用實(shí)例進(jìn)一步說明 FLAC 二維程序以及三維程序的具體應(yīng)用。 北京市引進(jìn)陜甘寧天然氣市內(nèi)擴(kuò)建工程 圓明園調(diào)壓站進(jìn)出線下穿京包鐵路及城市鐵路暗挖工程。 (1)工程簡介 本工程為北京市引進(jìn)陜甘寧天然氣市內(nèi)擴(kuò)建工程圓明園調(diào)壓站進(jìn)出線土建工程的一部分。該工程位于海淀圓明園前八家西側(cè)、下穿城市鐵路及京包鐵路。暗挖隧道呈東西走向，全程 ，隧道中線與京包線相交處鐵路里程為K19+，與城鐵相交處城鐵里程為 K7+。 為了確保北京市引進(jìn)陜甘寧天然氣市內(nèi)擴(kuò)建工程圓明園調(diào)壓站進(jìn)出線下穿京包鐵路及城市鐵路暗挖工程施工期間的安全， 本著穩(wěn)妥可靠、安全第一、經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)先進(jìn)的原則， 將對(duì)隧道在開挖過程中引起的上覆巖土層和暗挖隧道移動(dòng)變形進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，以確定隧道施工引起的鐵路地基沉降量和隧道變形量。 (2)數(shù)值計(jì)算模型 由于隧道范圍較長且左右對(duì)稱，假設(shè)整個(gè)隧道在軸線方向變形很小，用平面應(yīng)變模型假設(shè)，即垂直于計(jì)算剖面方向的變形為零，因此本工程選擇其中一個(gè)剖面的右半部分進(jìn)行數(shù)值模擬和力學(xué)分析。 隧道寬度 ， 模型寬度取半個(gè)隧道寬度的 5 倍 ，即 ，模型總高度為 ，其中：自地表至隧道頂部深度 ，隧道高度 ， 隧道 底部向下取隧道高度的 3 倍 ，即 ， 圖 641 是數(shù)值計(jì)算模型巖性分布圖。根據(jù)模型的尺寸，模型共劃分為 15295 個(gè)平面單元，構(gòu)成計(jì)算模型單元網(wǎng)格尺寸平均為(圖 642)， 模型兩側(cè)限制水平方向移動(dòng)，模型底面限制垂直方向移動(dòng) 。 (3)數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果分析 圖 64 644 給出了城鐵暗挖工程開挖后的位移場，從圖中可以看出， 開挖引起的地面最大位移為 ，在隧道一側(cè)的地表下沉影響寬度為 8m左右，隧道頂部沉降量為 。 計(jì)算結(jié)果表明：整個(gè)隧道的垂直位移場和水平位移場的 分布是合理的，引起的路面沉降量也在合理的范圍以內(nèi)，因此采用標(biāo)號(hào) C25 的混凝土襯砌以及 注漿加固部分土體 可以滿足工程的穩(wěn)定性需要。 24.15m 圖 643 開挖后隧道垂直位移場 圖 644 開挖后隧道水平位移場 首鋼水廠鐵礦高陡邊坡優(yōu)化設(shè)計(jì) (1)工程簡介 首鋼水廠鐵礦位于河北遷安，是北京地區(qū)最大的露天開采鐵礦，也是首鋼重要的鋼鐵原材料基地之一。由于首鋼水廠鐵礦邊坡最終坡角設(shè)計(jì)值較小，造成了剝巖量增加，采剝比減小，很大程度的降低了礦 山的經(jīng)濟(jì)效益，因此在保證邊坡穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上需要對(duì)鐵礦最終邊坡角進(jìn)行優(yōu)化。本研究 選擇具有代表性的邊坡剖面對(duì) 邊坡進(jìn)行 破壞機(jī)理以及穩(wěn)定性分析，并給出邊坡角的具體優(yōu)化方案 。 (2)數(shù)值模擬計(jì)算模型 典型剖面原設(shè)計(jì)坡角整體 41186。，根據(jù)邊坡巖體力學(xué)特性，優(yōu)化后的邊坡最終境界在標(biāo)高 +50m處分為上、下兩段，上部邊坡角 43?，下部邊坡角 45?。取模型寬度 ，垂直方向從水平 600m起，一直模擬到地表，高度為 925m。模型共有 41140 個(gè)平面單元，單元網(wǎng)格尺寸平均為 55m，其中包括 F3 F11 和F8 三條斷層 。圖 64圖 646 顯示典型剖面計(jì)算模型開挖前的巖性分布和邊坡最終開挖形態(tài)。 925m F 36 F 1 1 F8 鐵礦 鐵礦 黑云母斜長片麻巖 長石石英砂巖、角礫巖 火山巖溶巖、角礫巖 第四系人工堆積物礫巖 鐵礦 鐵礦 圖 645 典型剖面邊坡數(shù)值計(jì)算巖性分布圖 (開挖前 ) 925m 1 0 9 3 . 8 5 m F 3 6 F 1 1 F8 圖 646 典型剖面邊坡最終開挖形態(tài) (3)數(shù)值計(jì)算結(jié)果分析 計(jì)算結(jié)果表明，受礦體分布形態(tài)和淺部人工堆積物的影響，典型地質(zhì)剖面邊坡開挖過程中巖體的破壞區(qū)比較發(fā)育，塑性變形區(qū)深入巖體內(nèi)部較深， 大部分塑性變形區(qū)在邊坡形成后重新恢復(fù)到彈性應(yīng)力狀態(tài)， 在斷層之間和邊 坡底部淺層巖體出現(xiàn)拉破壞和弧形剪切破壞。 當(dāng)?shù)湫推拭?邊坡 采取優(yōu)化方案 (43?—45?)時(shí)，邊坡的破壞性質(zhì)基本沒有發(fā)生變化，邊坡的破壞范圍減小，邊坡坡腳處沒有出現(xiàn)滑移跡線，不會(huì)發(fā)生局部垮落(圖 647)。邊坡的最大水平位移量減小到 25cm(圖 648)。 通過以上的研究表明，水廠鐵礦邊坡的開挖采用優(yōu)化方案 (43?—45?)是最佳方案。采取優(yōu)化方案 (43?—45?)時(shí)，邊坡角有所提高，邊坡破壞場的范圍有所減小，邊坡坡腳處不出現(xiàn)剪切滑移帶，邊坡總體產(chǎn)生的水平位移量減小。 圖 647 典型剖面邊坡優(yōu)化方案 (43?—45?)中巖體破壞場 圖 648 典型剖面邊坡優(yōu)化方案 (43?—45?)中巖體水平位移場 撫順老虎臺(tái)礦開采引發(fā)礦震的研究 (1)工程簡介 老虎臺(tái)礦位于遼寧省撫順市市區(qū)南部，撫順煤田中部。井田范圍：西部以礦區(qū)坐標(biāo) E3450 米為界，與西露天礦、勝利礦井田相鄰；東部以礦區(qū)坐標(biāo) E8400米為界，與龍鳳礦相鄰；南至煤層露頭，北至 F1 斷層和 F18 斷層。老虎臺(tái)井田東西走向 公里，南北寬 2 公里左右，井田面積約 10 平方公里 (圖 655)。 圖 655 老虎臺(tái)礦平面位置圖 老虎臺(tái)礦井田地層自下而上分別為：太古界鞍山群、中生界下白堊系、新生界下第三系撫順群和第四系。煤系地層賦存于下第三系撫順群古城子組，該組為特厚復(fù)合煤層，由 2?38 個(gè)分層組成，厚度 ?，平均厚度為 。煤層由南向北傾斜，平均傾角 30?左右。頂板巖層主要由油母頁巖 (平均厚度194m)，泥巖 (平均厚度 422m)和頁巖 (平均厚度 225m)構(gòu)成，底板和周圍巖層有凝灰?guī)r、凝灰砂巖、玄武巖 和片麻花崗巖等。在井田范圍內(nèi)，有大型斷裂 14 條，其中對(duì)開采影響較大的斷層有 F25， F16， F18， F26， F71， F1 和 F1A 斷層 (圖656)。 F 7 1F 1 8F1F 1 6F 1 AF 2 5F 2 63 8 0 0 m3 0 0 0 m1100mxyz 圖 656 老虎臺(tái)礦煤層與斷層分布圖 老虎臺(tái)煤礦已有近 100 年的開采歷史 (表 62)，目前開拓水平 880m，開采水平 780m。近年來，隨著開采深度的增加以及開采位置逐步逼近斷層和向斜構(gòu)造，開采動(dòng)力現(xiàn)象日漸頻繁，沖擊地壓和開采引起的礦震時(shí)有發(fā)生，沖擊強(qiáng)度和震級(jí)急劇增大 (表 63，圖 657)， 并導(dǎo)致井下傷亡事故。 表 62 老虎臺(tái)礦開采深度、時(shí)間與開采方式關(guān)系對(duì)照?qǐng)D表 表 63 ? 撫順老虎臺(tái)礦礦震級(jí)別與次數(shù)統(tǒng)計(jì) 礦震級(jí)別 (ML) 1? ? ? ? ? 合計(jì) 礦震次數(shù) 5721 1675 298 63 19 7776 圖 657 19882020 年撫順大于 (2)數(shù)值模擬計(jì)算模型 三維計(jì)算模型容括了老虎臺(tái)礦大部分開采區(qū)域。計(jì)算模型沿走向長 3800m(礦區(qū)坐標(biāo) E4200?E8000)，沿傾斜寬 3000m(大地坐標(biāo) 4500?7500)，高度約 1100m(自地表至 1000m)(圖 656)。三維模型共劃分有 119340 個(gè)單元， 135298 個(gè)結(jié)點(diǎn)，其中包括七條對(duì)開采影響較大的斷層，有 F25， F16， F18， F26， F71， F1 和 F1A斷層。圖 658 是三維模型網(wǎng)格圖，圖 659 是典型位置處的剖面圖。 圖 658 三維計(jì)算模型網(wǎng)格圖 (a) F1 F25 F1A F26 (b) 圖 659 典型位置處的剖面圖： (a) E5200， (b) E7550 (3)數(shù)值模擬結(jié)果分析 通過對(duì)漫長的開采歷史過程的模擬反演，對(duì)應(yīng)力場有三點(diǎn)基本認(rèn)識(shí)： ① 隨著開采深度的增加，煤巖體中的應(yīng)力集中程度逐漸加大，具體表現(xiàn)在煤巖體集中應(yīng)力值的增加和集中范圍的局部化； ② 在逐步接近斷層區(qū)域開采時(shí)，斷層附近的應(yīng)力集中分布模式發(fā)生本質(zhì)性的變化，由跨斷層對(duì)稱分布轉(zhuǎn)變?yōu)橐詳鄬訛楹诵牡姆菍?duì)稱集中分布； ③ 在井田范圍內(nèi)，由于周圍開采形成的 “孤島 ”煤層存在較高的應(yīng)力集中區(qū)，這給本區(qū) 煤層開采將造成影響。 通過對(duì)漫長的開采歷史過程的模擬反演，對(duì)破壞場也有三點(diǎn)基本認(rèn)識(shí)： ④ 淺部開采引起的地表破壞角度小于深部開采，巖體破壞角變化范圍50?65?； ⑤ 斷層帶對(duì)巖體破壞具有 “屏蔽 ”效應(yīng)，當(dāng)?shù)叵麻_采引起的巖體破壞波及到斷層帶附近時(shí)，巖體破壞擴(kuò)展可在斷層處截止； ⑥ 開采引起的覆巖破壞在斷層附近表現(xiàn)出局部化特征，當(dāng)該處巖體受開采擾動(dòng)并具有運(yùn)動(dòng)空間時(shí)，局部化破壞帶將產(chǎn)生較大規(guī)模的運(yùn)動(dòng)并伴隨能量的釋放。這是構(gòu)成開采誘發(fā)礦震和沖擊地壓的力學(xué)機(jī)理。 圖 660(a) E5200 剖面剪應(yīng)力分布 F18 F16 F1 F71 ～ 1992 圖 660(b) E5200 剖面剪應(yīng)力分布 圖 661(a) E5200 剖面巖體破壞區(qū) 圖 661(b) E5200 剖面巖體破壞區(qū) (a) 19992020 ～ 1992 19992020 ( 1 9 9 2 2 0 0 0 )00 . 10 . 20 . 30 . 40 . 50 . 60 . 70 . 80 . 97 . 8 8 . 0 8 . 2 8 . 4 8 . 6 8 . 8 9 . 0 9 . 2 9 . 4 9 . 6 S t e pShear Disp., mm780011 (b) 圖 662 1992?2020 年井田西部剪切動(dòng)力學(xué)特征 (a) F25 斷層露頭移動(dòng)特征， (b) F25 斷層與煤層交界處 ( 1 9 9 2 2 0 0 0 )0510152025307 . 8 8 . 0 8 . 2 8 . 4 8 . 6 8 . 8 9 . 0 9 . 2 9 . 4 9 . 6 S t e pShear Disp., mm780011