工作面支承压力数值模拟

1.计算方法介绍

  FLAC 是连续介质快速拉格朗日法分析的英文缩写, 是由美国明尼苏达ITA SCA 软件公司编制开发的显式有限差分程序。该程序的基本原理和算法与离散元相似, 但它应用了节点位移连续的条件, 可以对连续介质进行大变形分析, 具有较强的前后处理功能, 既可以通过执行数据/命令文件进行计算, 也可以通过人机对话的交互方式进行。用户可以在任意时刻暂时停止程序的运行, 修改某些命令之后, 再恢复程序的运算状态。

     FLAC 程序采用的是快速拉格朗日方法 , 它基于显式差分法来求解运动方程和动力方程。程序将计算区域内的介质划分为若干个二维单元, 单元之间用节点相互连接。对某一个节点施加荷载之后, 该节点的运动方程可以写成时间步长△ t 的有限差分形式。在某一个微小的时段内, 作用于该节点的荷载只对周围的若干节点(例如相邻节点) 有影响。根据单元节点的速度变化和时段△t , 程序可求出单元之间的相对位移, 进而可以求出单元应变; 根据单元材料的本构方程即可求出单元应力。随着时段的增长, 这一过程将扩展到整个计算范围, 直到边界。

  FLAC 程序将计算单元之间的不平衡力, 将此不平衡力重新加到各节点上, 再进行下一步的迭代运算, 直到不平衡力足够小或者各节点的位移趋于平衡为止。

  FLAC 程序可以模拟弹性模型、莫尔—库仑模型、遍有节理模型、应变强化和软化模型等6 种材料; 可以模拟地应力场生成、边坡或地下洞室开挖、混凝土衬砌、锚杆或锚索设置、地下渗流等。程序含有交界面模型, 用户可以利用滑动面来模拟断层和节理。用户可根据实际情况采用某一种材料模型, 也可定义若干个区域, 赋予不同的材料模型或者同种模型的不同参数值,来模拟复杂的地质情况。

２．应用

　　采用FLAC-3D对某缓倾斜采场自开切眼开始推进过程中的支承压力发展变化情况进行计算，部分结果如下：

最大主应力等直线图

最小主应力等直线图

煤层埋深700m煤层厚6m工作面推进到120m时煤壁上的支承压力值与距工作面距离的关系