[發(fā)明專利]一種利用數(shù)值模擬分析非均勻分布裂隙巷道穩(wěn)定性的方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811201014.4
• 申請(qǐng)日: 2018-10-16
• 公開（公告）號(hào): CN109492262A
• 公開（公告）日: 2019-03-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蔣力帥;孔朋;束佳明;趙陽;袁龍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 山東科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F17/50
• 分類號(hào): G06F17/50
• 代理公司: 青島智地領(lǐng)創(chuàng)專利代理有限公司 37252
• 代理人: 張凱

1.一種利用數(shù)值模擬分析非均勻分布裂隙巷道穩(wěn)定性的方法，其特征在于，步驟包括：

步驟一.利用有限元模擬軟件建立三維數(shù)值模型，包括數(shù)值模型的尺寸設(shè)計(jì)和網(wǎng)格劃分；

步驟二.非均勻巖體概率分布參數(shù)設(shè)定，包括確定概率分布函數(shù)，模擬巖體的非均質(zhì)性；

步驟三.測量并計(jì)算巷道圍巖的地質(zhì)強(qiáng)度指標(biāo)，包括鉆探取芯獲取巖石質(zhì)量指標(biāo)和節(jié)理?xiàng)l件，地質(zhì)強(qiáng)度指標(biāo)的概率分布擬合；

步驟四.對(duì)數(shù)值模型的材料參數(shù)進(jìn)行賦值，所述材料參數(shù)包括彈性模量、泊松比、內(nèi)聚力、內(nèi)摩擦角、抗拉強(qiáng)度、殘余內(nèi)聚力和塑性應(yīng)變量；

步驟五.設(shè)定邊界條件，模型開挖計(jì)算，所述邊界條件包括施加重力模擬初始應(yīng)力，設(shè)置應(yīng)力邊界條件和位移邊界條件，所述開挖計(jì)算使用有限差分計(jì)算方法；

步驟六.提取監(jiān)測數(shù)據(jù)，進(jìn)行巷道穩(wěn)定性評(píng)估和二次支護(hù)設(shè)計(jì)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用數(shù)值模擬分析非均勻分布裂隙巷道穩(wěn)定性的方法，其特征在于，所述步驟一中的三維數(shù)值模型為長方體，在三維數(shù)值模型中部開挖巷道，巷道中部劃分為頂板監(jiān)測區(qū)域。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用數(shù)值模擬分析非均勻分布裂隙巷道穩(wěn)定性的方法，其特征在于，所述步驟二中概率分布函數(shù)取韋布爾概率分布函數(shù)：

其中u是單個(gè)元素的力學(xué)參數(shù)值，u₀是尺度參數(shù)，m為材料的均質(zhì)性系數(shù)。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種利用數(shù)值模擬分析非均勻分布裂隙巷道穩(wěn)定性的方法，其特征在于，所述步驟二中使用蒙特卡洛法模擬巖體的非均質(zhì)性，包括：A.在[μ_min，μ_max]之間隨機(jī)取一個(gè)值μ_i，計(jì)算μ_i的概率密度函數(shù)f(μ_i)；B.在f(μ_min)與f(μ_max)之間隨機(jī)產(chǎn)生一個(gè)概率密度函數(shù)f(μ)，當(dāng)f(μ)<f(μ_i)時(shí)，導(dǎo)出μ_i，C.繼續(xù)進(jìn)行迭代計(jì)算，最終得到μ_i的數(shù)據(jù)組，μ_i的數(shù)據(jù)組服從韋布爾概率分布規(guī)律。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用數(shù)值模擬分析非均勻分布裂隙巷道穩(wěn)定性的方法，其特征在于，所述步驟三中的地質(zhì)強(qiáng)度指標(biāo)GIS與巖石質(zhì)量指標(biāo)RQD和節(jié)理?xiàng)l件JCond₈₉的關(guān)系為：GSI＝1.5JCond₈₉+RQD/2。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種利用數(shù)值模擬分析非均勻分布裂隙巷道穩(wěn)定性的方法，其特征在于，所述巖石質(zhì)量指標(biāo)RQD取鉆探獲取的巖芯完整度來表示，具體為長度大于10cm的巖芯占鉆孔總長度的比值；所述節(jié)理?xiàng)l件JCond₈₉的取值根據(jù)巷道圍巖裂隙長度、寬度、粗糙度、充填類型和風(fēng)化程度確定。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用數(shù)值模擬分析非均勻分布裂隙巷道穩(wěn)定性的方法，其特征在于，所述步驟四中彈性模量E和地質(zhì)強(qiáng)度指標(biāo)GIS之間的關(guān)系為：

其中σ_m為巖石單軸抗壓強(qiáng)度。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用數(shù)值模擬分析非均勻分布裂隙巷道穩(wěn)定性的方法，其特征在于，所述步驟五中模型開挖使用有限差分法進(jìn)行迭代計(jì)算，當(dāng)模型的最大不平衡力當(dāng)?shù)陀?e-5時(shí)模擬運(yùn)算結(jié)束。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用數(shù)值模擬分析非均勻分布裂隙巷道穩(wěn)定性的方法，其特征在于，所述步驟六中二次支護(hù)設(shè)計(jì)包括，在巷道變形值達(dá)到120mm以上的區(qū)域，采取注漿加固和增加錨桿預(yù)緊力的支護(hù)措施。