简述FLAC的地学应用
更新时间:2023-09-02 18:04:01 阅读量: 教育文库 文档下载
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FLAC是以拉格朗日差分法为基础的一种数值模拟软件,主要用于岩土力学工程。近几年该软件已经广泛应用于地学领域,对FLAC基本算法及其特点进行了分析,并例举了它在国内外地质学上应用几个实例。
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简述 F A L C的地学应用关英斌赵巧静
(河北工程大学资源学院,北邯郸 0 6 3 )河 5 08擒要:L C是以拉格朗日差分法为基础的一种数值模拟软件, FA主要用于岩土力学工程。近几年该软件已经广泛应用于地学领域, F AC对 L 基本算法及其特点进行了分析,并例举了它在国内外地质学上应用几个实例。 关键词:L C软件; FA数值模拟;地学材料的本构关系求得应力的增量。由应力增量求的形成与破坏可以抬升和折返在很短的时间内完各种数值分析技术的引入与广泛应甩对促出 t【At和+时刻各个结点的不平衡力和各个结点成。 进地学定量研究的发展作出了重要贡献。近年来在 t时的加速度。积分加速度,+ At即可求出结点实例二:显德汪煤矿煤层底板破坏规律的数发展起来的快速拉格朗日分析 (at a a s F s L g ni新的位移值, r ̄ 5m,从而计算出各结点新的坐标值。同值模拟。显德汪矿位于邢台市西南约 3k南部 A a ̄ fC niu, nl so ot a y n简称 F A ) L C,一种新型时,则是由于物质的变形,网格单元发生局部的平均整与邯郸地区武安市相接。该矿开采 9煤层将受到 的数值分析方法。 F A L C软件由美国 I sa旋或整旋, t c a只要计算出相应的应力改正值,通过应强含水层 (奥灰水 )的威胁,矿井突水的概率较开 C nut gG op Ia o sl n ru .n公司于 2 i O世纪 8 O年代开力叠加即可得到新的应力值。以此作为—个计算采 E组煤时有明显的增大。为防止带压开采下底发并于 2世纪 9 O 0年代得以广泛利用。目前该软循环,按时步依次下~循环计算,直至问题收敛。板突水, F A进行采动条件下 19工作面 利用 L c 21件已被广泛应用于工程地质、岩土力学以及构造 F A L C程序采用最大不平衡力来刻划 F A计算的底板破坏的模拟。 LC本项研究选择莫尔一库仑准则, 地质学等研究领域。其采用的显式拉格朗日快速的收敛过程。如果单元的最大不平衡力随着时步根据邯邢地区水文、工程地质特征和开采技术条算法,特别适合模拟大变形和扭曲,能使计算结果增加而逐渐趋于极小值,则计算是稳定的;,件,否则 对不同开采阶段、不同深度
煤层底板应力分更趋于准确。前国际岩石力学学会主席 C计算就是不稳定的啕。 布、破坏状态的影响进行数值模拟分析研究。计算 Fi u t a h r评价它: r s“现在它国际匕是广泛应用的可 2 L C . F A计算分析的一般步骤 4模型中采用的各岩层力学参数由试验确定。包括弹靠程序”。 F A采用的是命令驱动方式。命令字控制性模量、比、 LC泊松内聚力、内摩擦角、抗拉强度和密 2F A软件基本特征简述 L C着程序的运行。因此为了建立 F A计算模型, LC必度等参数。 2 L C软件概述 lF A须进行以下三个方面的工作:有限差分网格。本 a h通过模拟分析研究,得出以下主要结论: FA L C软件和一般的数值分析程序不同,除构特性与材料性质。姚界条件与初始条件。 3底板岩层的破裂深度主要取决于工作面 . 1了用菜单驱动计算程序进行操作,还可以命令驱完成述工作后,可以获得模型模拟开挖前开采后暴露的采空区范围。—般底板破裂深度随动的程序,命令驱动程序使得 F A L c在工程分析的原岩应力状态。然后,进行工程开挖或改变边界工作面开采距离的加大而增加,随着开采距离的方面更加通用。同时,也可以用交互的方式,从键条件来进行工程的响应分析。与传统的隐式求解不断增大,当采空区后方逐渐被冒落的矸石充填盘输入各种命令,也可以写冷 ( ),集文件类似程序不同,L C F A采用一种显式的时间步来求解代压实时,煤层底板岩层于批处理,由文件来驱动。因此,采用 F A L C程序数方程, 3在采动矿压和底板水压力的共同作用 2进行~系列计算步后达到问题的解。 进行计,了解各种命令关键词的功能,算必须然后 3F A应用领域及实例 L C下,底板岩层位移和应力变化最大的位置多出现按照计算顺序,将命令按先后依次排列,形成可以 F AC程序主要用于下列工程问题:边坡稳在采空区深部和采掘工作面煤壁附近,因此底板 L完成~定计算任务的命令文件。 定和基础设计中的承载能力及变形分析;隧道、矿突水多发生在这些地段。 2 L C . F A软件主要特点 2山巷道等地下工程的变形与破坏分析;地下工程 3突水部位和实际观测到的结果基本吻 3该数值试验完善了—般理论分析、相似材料模 2. .1丰富的材料模型 2衬砌
、岩石锚杆、土钉等支护结构的分析;水工结合。 F A程序中提供了由空模型、弹性模型和构中流体流动及水工结构相互作用分析;基础与拟成果, LC并且表现出能与现场观测事实吻合的特除可大坝由于振动或变化的孔隙压力作用发生的液化点。与经验方法所取得的结论也基本是—致的,能解算岩士类材料的高度非线性 (包括应变硬化敬现象分析等。 近几年 F AC软件已广泛应用于地质工程 L 4结语 化)、不可逆剪切破坏和压密、粘弹(蠕变)孔隙介、质的田拼隅合、 0热_力耦合以及动力学行为外。研究, 在国内外都有比皎成熟的经验和实例。以下数值模拟技术在地学方面的应用,使得原先研究的问题进行定量化研究了'并可实用户还可根据需要创建自己的本构模型,进行各介绍国内外 F A软件应用于地质学上研究的几只能做老陛 LC个实例。 现各种不同空间尺度上的模拟'小至劈理、直口节理种特殊修正和补充。 实例一:大陆碰撞和 V rcn造山带地壳根发育形成过程大到岩石圈尺度甚至全球性的地球 ai a s 2. 2 2强大的前后处理功能 FA L C程亭具有很强的前后处理功能。只要部热力学演变历程的数溴为了更好地理解动力学分析为地质学家解决诸多地学难题提供强设定某些控制点的坐标,程序就可以自动生成网 V r cn造山带的结构及其演变历程,数值模拟有力的方法租手段,将有助于我国大地构造学的 ai a s 络,界面美观。用户或根据实际情况通过某些命令了三种不同条件下大陆碰撞作用及造山带地壳根研究与国际接轨。 a大陆板片挤压楔^—软弱构参考文献修改网络,:例如对于圆形隧洞,可采用全放射性部的热动力学演变。 . 1】崔建军,席先武等, c f数值模拟软件及 l a网络;对于非圆形洞室和复杂地下洞群,可采用局造带的碰撞作用。对该地质模型的数值模拟表明[龚纪文, 20, 6部密集、周边疏散的网格形式。同时,用户可以直厚的冷的造山带根部能够挤压加厚,同时上地壳其在地学中的应用大地构造与成矿学,022 3:2 - 2 接在屏幕 E绘制或以文件形式创建和输出打印多岩石能被挤压下楔进入更深层次,而地幔物质也 ( )3 13 5. 2]陶连金,李风仪等.朗日拉格元法及其种形式的图形。使用者还可根据需要,将若干个变可上插回返至匕地壳
尺度。由于岩石圈地幔山根 f张东日, h的重力不稳定陛所导致的拆沉作用、板片断离或应用软件矿山压力与顶板管理,9 7(- ) 19 3_: 4量合并在同一副图形中进行研究分析。 地壳山根剥蚀作用。模拟结果表明如果岩石圈山 2 4 2 6. 2— 2 2 L C基本算法 3F A] c m l H n n FA L C软件的设计的基本算法即拉格朗日差根粘度足够低的话,那么岩石圈山根的拆离旦[An l J ao y -, 3 rod’Jcb W R S h eig ad iJ ̄爱 c o t C n i n a olso a d h d n mi B n l 壳造山带 S h t . o t e t c lii n n t e y a c分法,是一种利用拖带坐标系分析大变形问题的致地壳的快速隆升和下地壳的薄化。电 n t e ma e o u i o h Va ic n o o e i o数值方法,并利用差分格式按时步积分求解。对于山根下部的部分熔融。数值模拟表明在 lO数 a d h r l v l t n f t e rs a r g n c O Mp rsa o t n meia l l des J u a o oml f某—个结点而言,在每一时刻它受到来自其周围量级的时间尺度上加厚地壳的内部热能可导致山 cu t ro - u rc mo l ed nmis201( 1:7- 9 . 区域的合力的影响。如果合力不等于零,就会根岩石的部分熔融和花岗岩浆的形成,而拆沉作 G o ya c, 0,3 )2 32 1绕 O作者简介:杨彦利(90 )男, 1 8-,河北栾域人, 失稳而产生运动,从而可以在—个时步中求得速用和软流圈地幔的上涌下的热对流能在 lMp的度和位移的增量。对于每—个区域而言,可根据其地质时问尺度内导致山根岩石的部分熔融和花岗硕士研究生,主要从事矿井地质灾害预测预报与 责任编辑:艳鲁周围结点的运动速度求得它的应变率,然后根据岩浆的形成。不同的模型模拟试验表明,地壳根部防治方面研究。l概述,
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