地震作用对采空区塌陷的UDEC模拟

收稿日期:2007-05-20作者简介:伍永田(1969-),男(汉族),广西桂林人,中南大学地学与环境工程学院在读博士研究生,主要从事企业管理与有色金属相关产业研究。

地震作用对采空区塌陷的UDEC 模拟伍永田1,2　张旭生2　李晓芸3(11中南大学,湖南长沙410083;21广西堂汉锌铟有限公司,广西南丹547200;31长沙有色研究设计院,湖南长沙410001) 摘要:采空区的稳定性问题除了岩体强度、节理、裂隙、层面等地质缺陷自身的因素外,地震、爆破、地下水等外界的因素也不容忽视。

本文利用离散元软件UDEC 模拟了地震波对天德石膏矿采空区塌陷的影响,分析了节理围岩在地震波作用下的运动情况,指出地震波的作用是采空区产生塌陷的诱发因素。

关键词:采空区;地震;离散元中图分类号:TD 32513 文献标识码:A 文章编号:1671-8550(2007)06-0019-030　引言当采矿工程中的采空区、大型水利水电工程的地下硐室等处于中等及以上强度的地震活动带时,必须考虑地震作用的影响。

与爆炸荷载相似,地震荷载也是以波的形式在岩土介质中传递。

在传递过程中,地震波产生的震动效应造成岩体的损伤,影响岩体的完整性,进而影响地下工程的安全[1,2]。

因此,分析地震荷载作用下地震波在采空区围岩岩体中的传递规律,进一步评价采空区的稳定是迫切需要解决的问题。

由于岩体中含有层面、断层、节理等不连续面,在整体上表现为一种非均质、不连续体,一般情况下很难准确地确定地震波在岩体介质中的传播规律,常用的方法就是利用地震监测仪根据过去的实测数据进行分析处理,进而确定地震波的衰减规律。

但岩体的性质具有很大的离散性,不同地方具有不同的岩体属性,从而地震波的衰减规律也不同[3～6]。

由美国Itasca Consulting Group ,Inc 1推出的UD EC (Universal Distinct Element Code )软件[7]是一种基于非连续体模拟离散元的二维数值计算程序,不仅能方便地模拟节理岩体的运动(包括移动和转动),还可模拟地震波等在岩体中的传播规律,本文用UDEC 程序对石膏矿开挖后围岩在地震波作用下的情况进行模拟分析,旨在验证采空区在地震作用下的稳定性。

利用三维地震方法解决湖西矿采空区问题李华【摘要】本文通过三维地震勘探,对岱庄生建煤矿湖西三、四采区东南部部分煤层被临近矿区越界开采的情况进行勘探,查清了勘探区内3上煤层的采空区范围,为煤矿安全生产提供了可靠的地质依据.【期刊名称】《山东煤炭科技》【年(卷),期】2019(000)007【总页数】3页(P205-207)【关键词】三维地震勘探;煤矿;采空区【作者】李华【作者单位】山东省煤田地质局物探测量队,山东济南250000【正文语种】中文【中图分类】P631.4三维地震勘探可以查明落差≥5m的断层，控制主要地层层位，解释主要煤层赋存状况，寻找和发现地质异常现象（陷落柱、火成岩局部侵入、煤层分叉合并等）。

来自3上煤层与围岩界面产生的反射波，其波形特征与煤层的对应关系较好，时间剖面上能清晰地反映出断层、煤层的变化，动力学特征明显，全区能连续追踪，为本区的主要目的层反射波，是构造、煤层解释的主要依据。

采空区由于煤层全部或部分采空，致使原来的反射机制被破坏，时间剖面上煤层反射波特征发生畸变，难以追踪和对比，通过煤层反射波的异常变化，可以寻找和发现地质异常采空区的范围。

1 勘探区概况湖西矿井位于山东省微山县、鱼台县境内，与江苏省毗邻。

井田处于昭阳湖区中段西部，西距鱼台县城15km，水陆交通比较方便。

本井田位于滕县煤田西北部，地层自上而下有第四系、上侏罗统蒙阴组、下二叠统下石盒子组和山西组、上石炭统太原组、中石炭统本溪组、中奥陶统。

本区含煤地层为下二叠统山西组和上石炭统太原组，煤层埋藏深度在500～1000m，含可采和局部煤层3上、3下、12下1、16煤四层。

本区表层地震地质条件复杂，但中、深层地震地质条件较好，对应各地质层位的反射波较多，尤其是T3波连续突出，动力学特征明显，能真实地反映其地质形态及构造变化规律，对三维地震勘探完成地质任务较为有利。

2 数据采集本次三维地震施工采用8线12炮束状观测系统，480道接收，接收道距20m，炮点网格20m×100m，覆盖次数为24次。

塌陷采空区的数值模拟及属性解释
徐书恩;郭子华
【期刊名称】《山西焦煤科技》
【年(卷),期】2014(000)012
【摘要】老窑塌陷采空区严重威胁着大型矿井的生产与安全，探测出塌陷采空区已成为当前三维地震的一项重要研究课题。

根据采空区的实际赋存形态建立了地质模型，并采用射线追踪理论进行数值模拟，在时间剖面上较系统地分析了塌陷采空区的形态特征，并分析了反射波的频谱特征。

结合一些典型的工程实例，总结出塌陷采空区在地震资料上的地震响应特征以及地震属性特征，对煤矿安全生产具有指导意义。

【总页数】4页(P11-14)
【作者】徐书恩;郭子华
【作者单位】山西煤炭运销集团，山西太原 030013;山西煤炭运销集团，山西太原 030013
【正文语种】中文
【中图分类】TD166
【相关文献】
1.三维地震勘探属性解释法在采空区探测中的应用 [J], 王军
2.基于地震属性分析的红柳林煤矿采空区解释 [J], 叶红星
3.三维地震多属性解释在东庞矿采空区识别方法 [J], 王丹
4.地下复杂采空区引起地表塌陷渐进发展过程数值模拟研究 [J], 王飞飞;田春艳;任青阳;邹平;虎万杰;马增
5.基于属性识别理论的金属矿山采空区塌陷灾害风险评估 [J], 靳昊;陈彦好;周宗青;成帅;孙子正;商成顺;王超
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Se ries N o .396J une 2009金 属 矿 山M ETA L M I NE总第396期2009年第6期谢亮波(1980 )男,中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司,助理工程师,243004安徽马鞍山市湖北路9号。

地下矿山空区塌落产生震动的实验与计算谢亮波 刘为洲 顾红建 邢洪义(中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司)摘 要 地下矿山采空区顶板塌落时,塌落体冲击空区底板会产生地震波,冲击地震波会对空区附近的建(构)筑物及设施产生一定的影响。

针对目前一些地下矿山大面积空区长期未进行处理可能遇到的相同问题,采用模拟实验的方法,对实验得到的数据进行分析计算,得出塌落震动的传播规律,为震动影响评估提供理论参考。

关键词 采空区 塌落震动 模拟实验 分析计算Exper im ent and Calculation of V ibration i n t he R oof C aving of U nderground M i n e Cavit yX ie Liangbo L i u W e izhou Gu H ong jian X i n g H ongy i(S i nosteelM aanshan M ining Research Instit u te Co.,Ltd)Abstrac t T he s hock w ave produced by t he roof cav i ng aga i nst t he bottom i n unde rground m i ne cav i ty w ill have i m -pact on the nearby structures and fac iliti es .In v iew of such prob le m tha tm ay occur i n som e larg e underground m i ne cav iti es tha t haven t 'been treated for a l ong ti m e ,a si m ulati on exper i m ent w as made .F ro m t he ana l y si s of t he exper i m ent data ca-l culation ,the propaga ti ng la w of cav ing -caused v i brati on w as drawn ,prov i d i ng a theo re ti ca l refe rence to the eva l uation of v-i brati on i m pact .K eywords Cav it y ,C av i ng -caused v i brati on ,S i m u l a tion experi m ent ,Calculati on and ana l ysis2004年12月,某矿山空区顶板开始塌落,后陆陆续续塌落,8h 后整个空区完全塌落。

地震作用对采空区塌陷的UDEC模拟500kV输电线路、59 条 220kV输电线运 4 条前言随着我国西电东送战略的实施，输础的破坏十分严重，而由于陡峭的地形、区域地路、122条 110kV输电线路。

严重损毁变电站 16 电线路质构造、岩体风化破碎等引发的滑坡、崩塌及泥的电压等级越来越高,超高压、特高压交、直流输座，其中 500kV1座、220kV3座、110kV5座。

四石流等地震地质次生灾害对电网工程的破坏更川全网损失负荷近 400 万 kW，负荷损失率为电已成为主电网调配区域能源的主要手段。

由为严重。

于我国西部地区受到印度板块向北推移挤压， 31.8,，6 市州负荷损失率达75.7,。

在复杂的区域地质构造及地质地震背景青藏高原强烈变形，高原内部及其边缘的活断重灾区主要受损的线路有:220kV 平回线、下，线路路径及塔位选择时，如何合理利用地形 220kV福回一线、220kV 福回二线、220kV 耿山层上经常发生强烈地震，我国西部地区已经是地质条件并考虑地震地质作用，将是线路勘测世界大陆内部活跃的强烈地震区，因此很多西南(北)线、220kV 映山线、220kV 渔山东(西)线、设计中地质工作者的重要任务。

220kV平山线、220kV源山南(北)线、220kV 丹 1,汶川大地震对震区输电线路的破坏现状部山区输电线路将从强震区穿过，跨越可能的 2008年 5 月 12 日 14 点 28 分，汶川发生山线、110kV 映灌线、220kV 福银线、220kV 竹发震断层不可避免。

确保西部山区输电线路的了举世震惊的里氏 8.0 级特大地震。

地震不但给茂线、220kV 红薛线、220kV 薛州线、220kV 州地震安全十分重要，不仅可以避免造成巨额的经济损失,还可以确保其他基础设施如通讯、交茂线共 5 条线路、500kV 茂谭一二线及220kV 上百万家庭带来巨大灾难，也摧毁了大量的电通、供水等的正常运行,避免次生灾害的发生,并茂永线等。

第16卷第7期　2007年7月中　国　矿　业CHINA MINING MAG AZINE　Vol.16,No.7J uly 2007基于UDEC 的保护层开采中覆岩移动规律的数值模拟与分析郝志勇,林柏泉,张家山,朱传杰(中国矿业大学能源与安全工程学院,江苏徐州221008) 摘　要:本文利用UDEC310软件对近距离上保护层开采导致的覆岩移动及裂隙发育过程进行数值模拟。

真实地反映了在开采保护层过程中覆岩移动及裂隙发育规律。

利用UDEC310软件模拟煤层开采引起的覆层移动过程可以预知实际开采中瓦斯运移通道的动态分布,对防止瓦斯突出具有重要的指导意义。

关键词:UDEC ;岩层移动;数值模拟;裂隙发育;瓦斯运移 中图分类号:TD325+1 文献标识码:A 文章编号:1004-4051(2007)07-0081-04Numerical simulation and analysis of the la w of overlaying strata movementin the mining of protective layers of coal seams based on U DECHAO Zhi 2yong ,L IN Bo 2quan ,ZHAN G Jia 2shan ,ZHU Chuan 2jie (School of Resource &Safety Engineering ,China University ofMining &Technology ,Xuzhou 221008,China ) Abstract :Numerical simulation was conducted using UDEC310for the movement of overlaying strataand f racture development caused by the mining of upper protective layers of coal seams with close quarters 1The results really reflected the law of overlaying strata movement and f racture development 1The dynamic distribution of gas migrating Channel during the mining of coal seams can be predicted by the simulation of overlaying strata movement caused by the mining of coal seams using UDEC3101This has important guiding significance on the prevention of gas outburst 1 K ey w ords :UDEC ;strata movement ;numerical simulation ;fracture development ;gas migration 1收稿日期:2007-04-20基金项目:国家自然科学基金资助项目(50534090,50574093);国家重点基础研究发展计划(2005cb221506);高等学校博士点专项科研基金(20030290013);国家十五重点科技攻关项目(2005BA813B07)作者简介:郝志勇(1982—),男,研究方向为矿井瓦斯防治。

^`UDEC 实例翻译与命令解析翻译：珠穆朗玛1 地震诱发地层坍塌 Seismic-Induced Groundfall1.1 问题描述本例展示使用 UDEC 模拟分析地震诱发地层坍塌的一类的问题,模型见图 1.1,该模型基 于加拿大安大略省萨德伯里市鹰桥公司弗雷则矿 34-1-554 切割断面的一个剖面图的结构和 尺寸. 用二维平面应变模型代表垂直于超采轴向方向的平面效应,超采面高 5m,宽 10m.假定两个连续节理交叉平面分析:一个角度为 45 度,另一个为-9 度,两者节理间距均为 5m,为了演示的目的,一个近似垂直的“虚拟节理”也被添加到块体内开挖面顶部以增强不稳 定性。

围岩参数来自试验室平均测试数值，假定岩石块体参数如下：假定块体仅具有弹性行为，节理假定符合库伦滑动准则，选择典型的教课书数值作为节 理参数，如下：初始应力状态按各向同性估计为24Mpa（假定垂直荷载由覆盖深度大约800m 的岩层产生）。

1.2 UDEC 分析UDEC 模拟顺序分三个阶段,首先,模型在初始应力状态下进行无超采固结.其次,进行开挖并且模型循环至平衡状态.本阶段超采面周围的应力分布见图1.2.超采正上方和下方的块体滑动后稳定.在第三阶段.估计了两个不同的峰值速度的地震事件.对所有地震模拟,在问题域的外周边界引入粘滞边界用以消除波的反射.从而模拟有限的岩体,地震事件用施加到模型顶部y 方向的正弦应力波表现.应力波被叠加到已存在的初始地应力上.在第一个模拟中,施加1.25Mpa 的峰值应力,应当注意的是,由于粘滞边界条件实际是在模型顶部, 施加的有效影响应力应该是1.25 MPa/2, or 0.625 MPa.0.02 秒后的开挖面拱顶的应力分布见图1.3,两点的位移被监测,1 点位于开挖面的左角,点2 位于拱顶块体的右角, 图1.4 的位移时间曲线显示两点本质上是弹性反应.本例关心的问题是在模型顶部施加的速度和计算速度的对比,下面的公式可以用以估计施加的波速.使用这个方程,施加的最大波速大概是0.04m/sec,图1.5 显示的峰值波速小于0.06m/sec. 估计的波速和监测波速的不同在于使用的围岩模量.而是没有考虑节理变形的相等变形模量.在第二个案例中,施加应力波峰值12.5 Mpa(有效应力6.25Mpa).0.02 秒后的开挖拱顶应力分布见图1.6.该图显示出拱顶岩体不受力,表面该块体已经松散并正在下落.对于关心的问题,后来三个时间的几何体和应力分布见图1.8 至图1.10.在问题的顶部预测的波速(从上面的方程)是0.4m/sec.从模型中计算的波速见图1.11,再次,由于使用的是原岩弹性模量而不是岩体的变形模量导致预测和监测的波速之间的差异.1.3 节包含了该模型的数据列表,该列表包含了一个FISH 函数(show)被用来创建坍塌的动画文件,每隔0.02 秒俘获一个显示的图片.通过改变FISH 参数time_int 可以改变动画帧的间隔.视图的总数也可以通过改变snap_shot 的数值进行改变.为了显示80 帧的显示图片而创建的该电影文件需要大概13MB 的硬盘空间.1.3 数据文件列表Example 1.1 SEISMIC.DATtitleSEISMIC INDUCED ROOF COLLAPSE 地震诱发拱顶坍塌;round 0.01; define original boundary of modeled region 定义模型区域的原始边界block -25,-20 -25,20 25,20 25,-20; generate joint pattern over entire original region 在整个原始区域生成节理形态jregion id 1 -25,-25 -25,25 25,25 25,-25jset 45,0 200,0 0,0 5.0,0 (0,0) range jreg 1jset -9,0 200,0 0,0 5.0,0 (0,0) range jreg 1; put in joints needed for the later excavation 为了后面开挖而设置的节理crack -5.01,-2.51 5.01,-2.51crack -5.01, 2.51 5.01, 2.51crack -5,-2.5 -5,2.5crack 5,-2.5 5,2.5crack 2.25,2.5 1.93,5.0; generate fdef zones and assign joint properties (mat=1 & jmat=1;default) 生成单元和设置节理参数generate edge 9.0 range -30,30 -30,30prop mat=1 d=0.00300 k=39060 g=31780prop jmat=1 jkn=20000 jks=20000prop jmat=1 jf=30.0; apply boundary conditions and initial conditions to 在地应力下施加边界条件和初始条件; consolidate model under field stressesbound stress=-24.0, 0.0, -24.0 ygrad=-0.3 0 -0.3insitu stress=-24.0, 0.0, -24.0 ygrad=-0.3 0 -0.3bound yvel 0.0 range -26,26 -21,-19grav 0.0 -10.0; track the x-displacement, and y-displacement over time 追踪位移hist solvehist xdis=0,7 ydis=0,7 type 1solve rat 1e-5; save consolidated statesave seismic1.sav; make excavationdelete range -5,5 -2.5,2.5solve rat 1e-5; save excavated statesave seismic2.sav;rest seismic2.sav; apply seismic load from top (peak velocity=0.04 m/sec);; set up nonreflecting boundarybound mat=1bound xvisc range -26 -23 -21 21bound xvisc range 23 26 -21 21bound xvisc yvisc range -26 26 -21 -19bound xvisc yvisc range -26 26 19 21; apply sinusoidal stress wavebound stress 0 0 -1.25 yhist=cos(100.0,0.0195) range -26 26 19 21 ;reset time hist disp rothist ydis (-4.48,2.57)hist ydis (0,2.57) yvel (0,2.57) yvel (4,2.57) yvel(-4.48,2.57)hist yvel (0,20) yvel (25,10) yvel (25,-10) yvel (0,-20)hist yvel (-25,-10) yvel (-25,10)hist sxx (25,10) sxx (25,-10) sxx (-25,-10) sxx (-25,10)hist syy (0,20);damp 0.1 1.0 mass; 0.02 sec.cyc time 0.02save seismic3.sav;rest seismic2.sav; apply seismic load from top (peak velocity=0.4 m/sec); set up nonreflecting boundarybound mat=1bound xvisc range -26 -23 -21 21bound xvisc range 23 26 -21 21bound xvisc yvisc range -26 26 -21 -19bound xvisc yvisc range -26 26 19 21; apply sinusoidal stress wavebound stress 0 0 -12.5 yhist=cos(100.0,0.0195) range -26 26 19 21 reset time hist disphist ydis (-4.48,2.57)hist ydis (0,2.57) yvel (0,2.57) yvel (4,2.57) yvel(-4.48,2.57)hist yvel (0,20) yvel (25,10) yvel (25,-10) yvel (0,-20)hist yvel (-25,-10) yvel (-25,10)hist sxx (25,10) sxx (25,-10) sxx (-25,-10) sxx (-25,10)hist syy (0,20);damp 0.1 1.0 masssave seismov.sav;; 0.02 sec.cyc time 0.02save seismic4.sav; 0.25 sec.cyc time 0.23save seismic5.sav; 0.50 sec.cyc time 0.25save seismic6.sav; 0.75 seccyc time 0.25save seismic7.sav;rest seismov.sav; make a movie of the groundfall;wind -12 12 -12 12set ovtol 0.05plot block vel max 2.0 blue stress max 50movie onmovie file = seismic.dcxmovie step 1000step 400003 隧道支护荷载Tunnel Support Loading3.1 问题陈述本例模拟展示了UDEC 在检查衬砌隧道方面的应用,着重强调了荷载在混凝土衬砌中的发展,本例也解释了模拟连续建造操作中独立阶段的模拟程序.隧道系统的理想几何体见图3.1.系统包含在海床下大约70m(中线)深度,中线间距12m 的两个隧道, 初始水位在隧道中线上方110m 处.服务隧道直径5.24m,衬砌厚度37cm.主隧道直径8.22m,衬砌厚度46cm.服务隧道先于主隧道开挖和衬砌.随后设置主隧道衬砌,水位上升增加到100m.施工顺序是:(1)开挖服务隧道excavation of the service tunnel;(2)衬砌服务隧道lining of the service tunnel; (3)开挖主隧道excavation of the main tunnel; (4)衬砌主隧道lining of the main tunnel; and (5)升高水位raising of the water level.分析的目的是评价每个施工阶段服务隧道和主隧道支护状况.本例的材料参数见下:岩体——开挖隧道的围岩参数为：弹性模量elastic modulus 0.89 GPa泊松比Poisson’s ratio 0.35单轴抗压强度uniaxial compressive strength 3.5 MPa粘聚力cohesion 1 MPa密度density 1340 kg/m3混凝土衬砌——弹性模量为24 GPa ，泊松比为0.19. 假定衬砌为线弹性材料。

第19卷第4期　2010年4月中　国　矿　业CHINA MINING MAG AZINE　Vol 119,No 14April 2010U DEC 在急倾斜特厚煤层开采沉陷数值模拟中的应用郭春颖,李云龙,刘军柱(中国地质工程集团公司,北京100083) 摘　要:随着城市的不断发展扩大,位于城市周边的煤矿开采沉陷盆地对城市的安全和发展构成了严重的威胁和障碍,为治理煤矿采空塌陷区,恢复土地的使用功能,需要研究地下矿床开采引起围岩和地表覆盖层破坏规律。

通过UDEC 数值计算软件,利用离散元方法,研究了急倾斜特厚煤层开采围岩破坏规律,地表变形规律,分析其变形破坏特征及主要运移规律。

得出急倾斜特厚煤层开采破坏主要向煤层上方发展,老顶的存在有效限制了破坏向顶板的发展,底板侧的破坏较小,地表呈深槽型地表塌陷坑,提出在开采过程中分段或水平采用自上而下的充填采矿方法可以及时有效的控制围岩破断的影响范围,在老顶上方就可构筑永久绿化带和建筑物,恢复土地的使用功能。

关键词:急倾斜煤层;破坏规律;数值模拟;深槽型塌陷坑 中图分类号:P618145 文献标识码:A 文章编号:1004-4051(2010)04-0071-04U DEC in the steep thick seam mining subsidence in the applicationof numerical simulationGUO Chun 2ying ,L I Yun 2long ,L IU J un 2zhu(China G eo 2engineering Corporation ,Beijing 100083,China ) Abstract :With the continuous development of the expansion of the city ,located in the peri 2urban set 2tlement of the coal mining basin of the city ’s security and development pose a serious threat and obstacle to treatment for the coal mined 2out area collapse ,to resume the land use f unctions ,need to look at the ground floor deposit Caused by mining and surface rock cover damage to the law.UDEC through numerical simula 2tion software ,using discrete element method to study the steep thick seam mining damage to surrounding law ,the law of surface deformation ,deformation and failure analysis of its main characteristics and migra 2tion laws.Steep come thick seam mining damage to the main coal seam at the top of the development ,the existence of an effective roof limited the damage to the roof of the development side of the floor of the de 2struction of small ,dark surface groove surface subsidence pits ,put forward in the process of exploitation Or the use of sub 2standard top 2down mining method can be filled in a timely and effective control of the sur 2rounding rock breaking the affected area ,on top of the old side can build permanent buildings and green belts ,the use of the land to restore f unctionality. K ey w ords :steep seam ;undermine law ;numerical simulation ;deep 2pit collapse收稿日期:2009-12-07 煤矿开采引起的开采沉陷问题日益引起世人的关注,尤其是矿区邻近城市周边的开采沉陷盆地对城市的安全和发展构成了严重的威胁。

UDEC 实例翻译与命令解析1 地震诱发地层坍塌Seismic-Induced Groundfall1.1 问题描述本例展示使用UDEC 模拟分析地震诱发地层坍塌的一类的问题,模型见图1.1,该模型基于加拿大安大略省萨德伯里市鹰桥公司弗雷则矿34-1-554 切割断面的一个剖面图的结构和尺寸. 用二维平面应变模型代表垂直于超采轴向方向的平面效应,超采面高5m,宽10m.假定两个连续节理交叉平面分析:一个角度为45 度,另一个为-9 度,两者节理间距均为5m,为了演示的目的,一个近似垂直的“虚拟节理”也被添加到块体内开挖面顶部以增强不稳定性。

围岩参数来自试验室平均测试数值，假定岩石块体参数如下：Array假定块体仅具有弹性行为，节理假定符合库伦滑动准则，选择典型的教课书数值作为节理参数，如下：初始应力状态按各向同性估计为24Mpa（假定垂直荷载由覆盖深度大约800m 的岩层产生）。

1.2 UDEC 分析UDEC 模拟顺序分三个阶段,首先,模型在初始应力状态下进行无超采固结.其次,进行开挖并且模型循环至平衡状态.本阶段超采面周围的应力分布见图1.2.超采正上方和下方的块体滑动后稳定.在第三阶段.估计了两个不同的峰值速度的地震事件.对所有地震模拟,在问题域的外周边界引入粘滞边界用以消除波的反射.从而模拟有限的岩体,地震事件用施加到模型顶部y 方向的正弦应力波表现.应力波被叠加到已存在的初始地应力上.在第一个模拟中,施加1.25Mpa 的峰值应力,应当注意的是,由于粘滞边界条件实际是在模型顶部, 施加的有效影响应力应该是1.25 MPa/2, or 0.625 MPa.0.02 秒后的开挖面拱顶的应力分布见图1.3,两点的位移被监测,1 点位于开挖面的左角,点2 位于拱顶块体的右角, 图1.4 的位移时间曲线显示两点本质上是弹性反应.本例关心的问题是在模型顶部施加的速度和计算速度的对比,下面的公式可以用以估计施加的波速.使用这个方程,施加的最大波速大概是0.04m/sec,图1.5 显示的峰值波速小于0.06m/sec. 估计的波速和监测波速的不同在于使用的围岩模量.而是没有考虑节理变形的相等变形模量.在第二个案例中,施加应力波峰值12.5 Mpa(有效应力6.25Mpa).0.02 秒后的开挖拱顶应力分布见图1.6.该图显示出拱顶岩体不受力,表面该块体已经松散并正在下落.对于关心的问题,后来三个时间的几何体和应力分布见图1.8 至图1.10.在问题的顶部预测的波速(从上面的方程)是0.4m/sec.从模型中计算的波速见图1.11,再次,由于使用的是原岩弹性模量而不是岩体的变形模量导致预测和监测的波速之间的差异.1.3 节包含了该模型的数据列表,该列表包含了一个FISH 函数(show)被用来创建坍塌的动画文件,每隔0.02 秒俘获一个显示的图片.通过改变FISH 参数time_int 可以改变动画帧的间隔.视图的总数也可以通过改变snap_shot 的数值进行改变.为了显示80 帧的显示图片而创建的该电影文件需要大概13MB 的硬盘空间.1.3 数据文件列表Example 1.1 SEISMIC.DATtitleSEISMIC INDUCED ROOF COLLAPSE 地震诱发拱顶坍塌;round 0.01; define original boundary of modeled region 定义模型区域的原始边界block -25,-20 -25,20 25,20 25,-20; generate joint pattern over entire original region 在整个原始区域生成节理形态jregion id 1 -25,-25 -25,25 25,25 25,-25jset 45,0 200,0 0,0 5.0,0 (0,0) range jreg 1jset -9,0 200,0 0,0 5.0,0 (0,0) range jreg 1; put in joints needed for the later excavation 为了后面开挖而设置的节理crack -5.01,-2.51 5.01,-2.51crack -5.01, 2.51 5.01, 2.51crack -5,-2.5 -5,2.5crack 5,-2.5 5,2.5crack 2.25,2.5 1.93,5.0; generate fdef zones and assign joint properties (mat=1 & jmat=1;default) 生成单元和设置节理参数generate edge 9.0 range -30,30 -30,30prop mat=1 d=0.00300 k=39060 g=31780prop jmat=1 jkn=20000 jks=20000prop jmat=1 jf=30.0; apply boundary conditions and initial conditions to 在地应力下施加边界条件和初始条件; consolidate model under field stressesbound stress=-24.0, 0.0, -24.0 ygrad=-0.3 0 -0.3insitu stress=-24.0, 0.0, -24.0 ygrad=-0.3 0 -0.3bound yvel 0.0 range -26,26 -21,-19grav 0.0 -10.0; track the x-displacement, and y-displacement over time 追踪位移hist solvehist xdis=0,7 ydis=0,7 type 1solve rat 1e-5; save consolidated statesave seismic1.sav; make excavationdelete range -5,5 -2.5,2.5solve rat 1e-5; save excavated statesave seismic2.sav;rest seismic2.sav; apply seismic load from top (peak velocity=0.04 m/sec);; set up nonreflecting boundarybound mat=1bound xvisc range -26 -23 -21 21bound xvisc range 23 26 -21 21bound xvisc yvisc range -26 26 -21 -19bound xvisc yvisc range -26 26 19 21; apply sinusoidal stress wavebound stress 0 0 -1.25 yhist=cos(100.0,0.0195) range -26 26 19 21;reset time hist disp rothist ydis (-4.48,2.57)hist ydis (0,2.57) yvel (0,2.57) yvel (4,2.57) yvel(-4.48,2.57)hist yvel (0,20) yvel (25,10) yvel (25,-10) yvel (0,-20)hist yvel (-25,-10) yvel (-25,10)hist sxx (25,10) sxx (25,-10) sxx (-25,-10) sxx (-25,10)hist syy (0,20);damp 0.1 1.0 mass; 0.02 sec.cyc time 0.02save seismic3.sav;rest seismic2.sav; apply seismic load from top (peak velocity=0.4 m/sec); set up nonreflecting boundarybound mat=1bound xvisc range -26 -23 -21 21bound xvisc range 23 26 -21 21bound xvisc yvisc range -26 26 -21 -19bound xvisc yvisc range -26 26 19 21; apply sinusoidal stress wavebound stress 0 0 -12.5 yhist=cos(100.0,0.0195) range -26 26 19 21reset time hist disphist ydis (-4.48,2.57)hist ydis (0,2.57) yvel (0,2.57) yvel (4,2.57) yvel(-4.48,2.57)hist yvel (0,20) yvel (25,10) yvel (25,-10) yvel (0,-20)hist yvel (-25,-10) yvel (-25,10)hist sxx (25,10) sxx (25,-10) sxx (-25,-10) sxx (-25,10)hist syy (0,20);damp 0.1 1.0 masssave seismov.sav;; 0.02 sec. —————————————————————————————————————cyc time 0.02save seismic4.sav; 0.25 sec.cyc time 0.23save seismic5.sav; 0.50 sec.cyc time 0.25save seismic6.sav; 0.75 seccyc time 0.25save seismic7.sav;rest seismov.sav; make a movie of the groundfall;wind -12 12 -12 12set ovtol 0.05plot block vel max 2.0 blue stress max 50movie onmovie file = seismic.dcxmovie step 1000step 400003 隧道支护荷载Tunnel Support Loading3.1 问题陈述本例模拟展示了UDEC 在检查衬砌隧道方面的应用,着重强调了荷载在混凝土衬砌中的发展,本例也解释了模拟连续建造操作中独立阶段的模拟程序.隧道系统的理想几何体见图3.1.系统包含在海床下大约70m(中线)深度,中线间距12m 的两个隧道, 初始水位在隧道中线上方110m 处.服务隧道直径5.24m,衬砌厚度37cm.主隧道直径8.22m,衬砌厚度46cm.服务隧道先于主隧道开挖和衬砌.随后设置主隧道衬砌,水位上升增加到100m.—————————————————————————————————————施工顺序是:(1)开挖服务隧道excavation of the service tunnel;(2)衬砌服务隧道lining of the service tunnel; (3)开挖主隧道excavation of the main tunnel; (4)衬砌主隧道lining of the main tunnel; and (5)升高水位raising of the water level.分析的目的是评价每个施工阶段服务隧道和主隧道支护状况.本例的材料参数见下:岩体——开挖隧道的围岩参数为：弹性模量elastic modulus 0.89 GPa泊松比Poisson’s ratio 0.35单轴抗压强度uniaxial compressive strength 3.5 MPa粘聚力cohesion 1 MPa密度density 1340 kg/m3混凝土衬砌——弹性模量为24 GPa ，泊松比为0.19. 假定衬砌为线弹性材料。

- 89 -工 程 技 术０　引言煤层开采以后形成采空区，由于煤层的开采，上覆岩岩层松动会形成很多裂隙，如果地下水或地表水顺着裂隙进入采空区，会严重威胁矿井工人的安全，因此对裂隙发育规律的研究具有十分重要的意义。

国内外很多学者对上覆岩裂隙的发育规律进行了研究[1]，虽取得了一定的成果。

据现有资料查证，前人采用材料相似模拟、钻孔法探测、经验类比、经验统计等方法对浅部煤层进行研究，可以得出上覆岩的发育规律[2-4]。

但对上覆岩岩层岩性、前期存在的裂隙构造产生的继发性问题考虑较少，需要进一步分析研究。

目前，尤其是对水库下、中厚煤层大采高开采的裂隙发育规律研究更少。

该文考虑了基于岩层岩性、原生裂隙等前提条件，利用UDEC 数值模拟法对水库下、中厚煤层进行裂隙演变发育进行研究，为类似地质条件下的煤层开采提供理论指导，并防治水灾的发生。

１　Ｎ１Ｓ１综采工作面概况研究区N1S1工作面位于3台子水库下，水深15 m 左右，上覆岩主要包括砂岩、泥岩、油页岩等多种岩层，工作面采用综采的开采方法，煤层厚度为15 m，开采深度为430 m，工作面长度为280 m，采放高度为15 m。

其上覆岩原生裂隙有4条，具体信息见表1。

表1 N1S1工作面原生裂隙参数坐标X １（ｍ）Y ２（ｍ）X ２（ｍ）Y ２（ｍ）裂隙１２３０１０３２５５３２５裂隙２３０５ １０３３３０９０裂隙３３００２４０３３０４２０裂隙４３２０２１０３８５３３０２　采煤工作面的数学建模模型设计：研究开采进程中上覆岩裂隙发育规律，首先要确定研究区范围，即模型大小。

模型尺寸越大，在开采的进程中对边界的影响就会越小，但是在建模的过程中，一个模型过大会严重降低计算机设备运行的速度，严重时会导致卡进、死机的情况，难以较好地完成模拟计算。

因此在确定模型范围时，遵循“对所要研究的问题的结果不会产生显著的影响”的设计计算原则。

经过筛选多次模拟最终确定模型的长度为600 m，高度为500 m。

1 模型的建立建立数学模型是数值模拟工作的首要任务, 模型建立正确与否, 是能否获得符合实际计算结果的前提, 模型的设计, 必须遵循下列原则:采动覆岩移动的影响因素很多, 模型的设计,必须突出影响采动覆岩移动的主要因素, 并尽可能多地考虑其它重要因素。

模型是由实体简化的, 但应不失一般性。

模型的设计, 必须能很好地反映材料的物理力学特性,如材料的均匀性, 弱面影响及非线性等。

地下工程实际上是半无限域问题, 但数值模拟只能是在有限的范围内进行。

因此, 模型的设计,必须考虑其边界效应, 选择适当的边界条件。

任何地下工程, 也都是一个时空问题, 采动围岩移动也是如此。

因此, 模型的设计,必须能体现工作面的推进与接续, 能体现出覆岩冒落、底板膨胀鼓起及变形移动的时间过程。

模型的设计, 应尽可能便于数值模拟计算, 在模型范围及受力分析方面, 既要满足弹塑性理论对应力分析的基本要求, 又要顾及现有计算机的容量。

2 模型的基本参数各岩层物理力学参数按表2.1选取，表中抗拉强度、泊松比参考附近矿区岩层实际参数，由于该矿并没有各岩层粘聚力和摩擦角等参数，粘聚力、摩擦角和弹性模量按该岩性岩体平均参数选取，体积模量和剪切模量由泊松比和弹性模量按公式计算得出。

νE K=3（1-2） νEG=2（1+）式中：K 为岩体体积模量；G 为岩体剪切模量；E 为岩体的弹性模量；ν为岩体的泊松比。

表2.1 模型中采用的岩体物理力学参数岩层名称岩层厚度/m体积模量/GPa 剪切模量 /GPa 抗拉强度 /MPa 粘聚力 /MPa 内摩擦 角/° 砂质泥岩或粉砂岩15.63 3.125 2.542 0.8 2.5 35 11煤10.94 2.381 1.163 0.65 1.3 32.9 砂质泥岩或粉砂岩2 43.67 3.571 2.459 0.74 2.5 35 砂质泥岩或粉砂岩37.92 6.667 2.222 0.76 2.5 35 9煤6.4 2.381 1.163 0.65 1.3 32.9 砂质泥岩或粉砂岩421.83 2.857 2.609 1 2.5 35 8煤3.52 2.381 1.163 0.65 1.3 32.9 砂质泥岩或粉砂岩527.77 10 2.143 0.72 2.5 35 6煤6.35 2.381 1.163 0.65 2.3 32.9 砂质泥岩或粉砂岩611.42 10 2.1430.88 2.5 35 砾岩502.1351.6680.82.234依据工作面的地质条件, 建立图1所示的数值计算模型。

崩落法开采对塌陷区回填体沉陷影响的数值分析马俊;许梦国;王平;李艳;李彬【摘要】运用UDEC软件对地下矿体采用崩落开采后塌陷区回填体的沉陷变化进行了数值模拟分析.结果表明,回填域内的位移呈“中间大,两端小”的现象,且位于矿体正上方的沉陷尤为显著,整个回填区域内似“V”形沉陷盆地,最大下沉值约为30 m.利用UDEC软件正确模拟与预测地下开采后地表回填体的运动规律,为矿区安全回填工作的顺利开展提供科学参考.%Numerical simulation analysis was conducted using UDEC for the laws of surface backfilling body by mining underground ore body. The results showed that the phenomenon of displacement in backfilling area was "the middle is bigger than both ends" and the top of the subsidence was particularly significant in backfilling area just above the ore body and there were "V-shaped" emergence basin in the backfilling area,the biggest subsidence value about 32 m. Simulation and forecast the motion laws of the backfilling body correctly caused by underground mining using UDEC, It is important to guide safety backfilling work smoothly.【期刊名称】《金属矿山》【年(卷),期】2012(000)001【总页数】4页(P47-50)【关键词】离散元法;沉陷规律;塌陷区回填体;安全回填【作者】马俊;许梦国;王平;李艳;李彬【作者单位】武汉科技大学资源与环境工程学院;冶金矿产资源高效利用与造块湖北省重点实验室;武汉科技大学资源与环境工程学院;冶金矿产资源高效利用与造块湖北省重点实验室;武汉科技大学资源与环境工程学院;冶金矿产资源高效利用与造块湖北省重点实验室;武汉科技大学资源与环境工程学院;冶金矿产资源高效利用与造块湖北省重点实验室;武汉科技大学资源与环境工程学院;冶金矿产资源高效利用与造块湖北省重点实验室【正文语种】中文无底柱分段崩落法自20世纪60年代在我国使用以来，因其特有的优势，迅速在全国金属矿山中推广，目前采用该法的地下铁矿山的矿石产量占铁矿石总产量的70%以上。

基于UDEC的煤层采空区地表裂缝形成过程反演
冉佳鑫
【期刊名称】《中国水运（下半月）》
【年(卷),期】2015(015)009
【摘要】煤矿等地下资源的大量开采造成了地表裂缝这类地质灾害的广泛发育,这类地质灾害不仅对人们的生活造成影响,甚至可能威胁人们的生命财产安全.以贵州省江洲镇接娘坪地裂缝为例,采用UDEC数值模拟,研究了煤层采空区地表裂缝的变形发展过程.模拟结果表明:首先采空区上部岩层由于应力重分布而发生塌陷形成冒落带;冒落带之上相继形成裂缝带和弯曲带,岩层的移动呈现整体性和连续性,部分岩层由倾向坡内转为倾向坡外;最后,随着变形的进一步加剧,引起地表的沉降变形,并最终在一定区域产生明显的拉裂缝.
【总页数】3页(P312-313,315)
【作者】冉佳鑫
【作者单位】成都理工大学环境与土木工程学院,四川成都610059
【正文语种】中文
【中图分类】TD712
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分析4.基于UDEC的近距离煤层采空区下底板破坏特征分析5.基于颗粒流的浅埋双煤层斜交开采地表裂缝发育特征
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