深部大型采场真三维数值模拟研究

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近年来,数值模拟技术作为一种重要的研究手段,在深部大型采场参数优选、采场稳定性分析评价中取得了相当大的成就。然而,在模拟过程中尚存两方面的问题,一是对计算模型几何形状的简化,二是对计算模型受力情况的简化,其后果是数值模拟计算结果不准确,无法为实际工程提供可靠的参考。基于此,本文综合运用多种软件,以Visual Basic(VB)为解决问题的核心工具,通过优化现有数值计算软件的模拟技术,建立几何形状及受力情况均与研究对象实际情况相符的真三维有限元模型,提高深部大型采场数值模拟的可靠性。取得了以下研究成果:(1)编写了SURPAC-ANSYS接口程序。为了充分发挥SURPAC在矿体建模上的巨大优势、充分利用ANSYS在数值模拟分析上的强大功能,利用VB编写了二者之间的接口程序。相比于SURPAC-FLAC研究方法,SURPAC-ANSYS转换方式解决了网格数量控制问题、单元节点耦合问题、前后处理直观检验问题,提供了一种三维建模软件与数值模拟软件的全新耦合方式。(2)为深部大型采场有限元模型施加了与实际情况相符的初始地应力。在ANSYS中,无法直接通过软件本身为研究对象施加理想的三向初始地应力,且每个方向的地应力在埋深方向上呈线性梯度增加。分别利用APDL和VB通过编程的方式来处理IST文件,生成与三维梯度初始地应力文件,并成功施加于有限元模型。(3)将优化后的数值模拟方法应用于工程实践。以新城金矿实际工程情况为例,用前述方法对其深部大型采场进行模拟。首先利用SURPAC-ANSYS接口程序建立整个矿体的有限元模型,再利用VB法施加三维梯度初始地应力。(4)最后对不同采场参数的开挖方案进行了模拟。对采场稳定性进行分析,发现采场失稳的主要形式是顶板冒落和两帮片落。经过对比分析,选出了最优方案和备选方案,并根据采场易冒顶和片帮的特点提出了相应的防范措施。
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