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随着计算机技术的迅速发展,数值模拟仿真分析已广泛用于岩土及地下工程的研究和设计中,其费用比物理模型低,且能定量地计算和分析回采过程中采场围岩中的应力大小、位移变化规律和塑性区发展情况,确定它们每步回采的动态变化过程,从而对采场围岩的稳定性状态作出判断。数值模拟的初始地应力场是否与实际地应力场吻合,是决定地下工程数值模拟是否成功的基本条件。虽然现场实测是提供地应力资料最直接的方法,但是各测点的测量成果仅反映了测点局部应力场特征,然而,在工程现场由于场地和经费等原因,不可能大面积进行实测。本文以吴庄铁矿为研究对象,完成的主要工作有:1、对采场围岩破坏机理及失稳判据进行了阐述,并对目前比较常用的围岩强度判据、容许极限位移量以及塑性区的是否相互贯通三种判据进行了分析。因为影响采场围岩稳定性的因素众多,关系错综复杂,本文采用三种判据对采场围岩稳定性进行综合判断。2、根据工程区域内有限的地应力观测值,并结合地形、地貌资料,采用了应力边界法对初始地应力场进行拟合。应力边界法为FLAC3d模拟岩土工程的初始地应力场提供了新的思路,即在形成初始地应力场过程中,计算模型不设速度边界条件,仅在模型表面根据地应力观测值施加应力边界条件并保持恒定。3、在初始地应力场计算过程中,分析了弹性一步求解法的不妥之处,本文提出了采用分阶段弹塑性两步骤求解法生成初始地应力场。该方法在应力初始化过程中具有很大的灵活性,得到的初始地应力场也更符合现场实际。4、通过上述数值模拟方法反演得到的初始地应力场,对30种不同采场结构参数方案进行了大量的数值模拟计算,并对回采过程中采场围岩应力、位移变化规律及塑性区分布情况进行了详细的分析比较。5、根据上述计算结果,绘出了采场跨度与项板拉应力之间、采场长度与项板拉应力之间的关系曲线以及它们对项板岩层拉应力的联合影响曲面。研究结果表明:采场跨度对采场顶板岩层稳定性的影响远远大于采场长度。采场顶板的暴露面积大小不是决定采场顶板岩层的稳定性的惟一因素,顶板暴露面的形状对顶板岩层稳定性影响也很大。采用长条形顶板暴露面形状,能提高采场生产能力和保证回采的安全性。因此,对于急倾斜厚大矿体提出了“大盘区、小跨度”的设计理念。