基于FLAC3D关于底板裂隙渗流耦合的研究

摘要： 煤矿底板水害威胁十分严峻，本文研究各种模拟方法，鉴于FLAC3D模拟软件在分析岩体三维结构受力特性方面的突出表现，最终使用了FLAC3D模拟软件，对岩样在渗透实验中的变化进行模拟。并在前期对岩样进行一般力学实验，以保证FLAC3D软件进行模拟所需要的各种物理力学参数。用模拟结果与实际的实验结果进行比对，模拟的结果能够体现出煤田底板岩石裂隙与应力变化之间的相互关系。

Abstract： The water damage of coal slab is becoming serious. In this paper， we studied various simulation methods. In view of the outstanding performance of FLAC simulation software in the three-dimensional structural analysis of rock mass strength characteristics， we decided to use FLAC simulation software to simulate the changes of the rock samples in the infiltration experiments. And in the early stage， by doing general mechanics experiments on rock samples， we can ensure a variety of physical and mechanical parameters with which FLAC software simulation can go on. Comparing simulation results with actual experimental results， we can find that simulation results are basically consistent with the experimental results and the stress-strain changes are basically identical. All above these can be able to reflect the relationship between coalfields rock fractures and stress change.

关键词： 裂隙岩体；渗流应力耦合；渗透试验；数字模拟

Key words： fractured rock mass；seepage-stress coupling；penetration test；numerical simulation

中图分类号：TU452 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）34-0185-02

0 引言

本论文是在国家自然科学基金项目“矿井底板裂隙岩体充水致灾机理研究”（项目编号：40802062）课题的支持下选定的。本论文的主要目标是通过裂隙岩体应力—渗流非线性耦合试验和FLAC3D模拟，对裂隙岩体渗流与应力的耦合关系进行分析。

煤田底板水害威胁十分严峻，由裂隙岩体充水破坏而引发的矿井底板突水事件已经造成生命和财产的巨大损失，并且，今后仍将是煤矿安全生产的重大隐患。本课题拟在前期煤田裂隙岩体充填特征及岩石力学试验等的基础上，开展应力—渗流非线性耦合试验，并利用连续体快速拉格朗日分析的三维软件（FLAC3D）进行数值模拟，形成对于矿井底板裂隙岩体渗流与应力耦合的认识。

1 取样简介

本次论文在安徽省淮南市淮南矿区采集了实验的样品，分地面部分、井下部分及钻孔部分。地面部分样品位于孔集矿区孙家山一带的裂隙岩体内，主要采集方解石充填裂隙岩体及方解石岩样，井下岩样采集于谢桥矿8煤13118工作面附近，钻孔部分岩样采集于张集矿北区陷落柱影响带钻孔及顾桥异常带钻孔岩芯。

2 FLAC3D简介

在前期所做的岩石基本力学实验和岩石渗流实验的基础上，借助于FLAC3D软件，对裂隙岩体应力与水压力作用下的耦合情况进行了模拟。进一步完善裂隙岩体破坏与充水机制。

FLAC3D有以下几个优点：①对模拟塑性破坏和塑性流动采用的是“混合离散法”。这种方法比有限元法中通常采用的“离散集成法”更为准确、合理。②即使模拟的系统是静态的，仍采用了动态运动方程，这使得FLAC3D在模拟物理上的不稳定过程不存在数值上的障碍。③采用了一个“显式解”方案。

3 FLAC3D模拟及成果

与大多数程序采用数据输入方式不同，FLAC采用的是命令驱动方式。命令字控制着程序的运行。在必要时，尤其是绘图，还可以启动FLAC用户交互式图形界面。

进行工程开挖或改变边界条件来进行工程的响应分析，类似于FLAC的显式有限差分程序的问题求解。与传统的隐式求解程序不同，FLAC采用一种显式的时间步来求解代数方程。进行一系列计算步后达到问题的解。

4 结论与展望

①本文介绍了FLAC3D软件的特点和软件的基本

情况。

②针对方解石充填的灰岩在围压、水压作用下的应力应变变化，进行了模拟工作。在模拟数据的分析中，将整个模拟过程分为三个阶段，与实验数据分析中的三个实验阶段相对应。

③笔者认为，进一步的改进实验条件、实验设计，在实验过程中，更加严谨，是我们下一步工作中，是应该注

意的。

④如果压力进一步增强灰岩也被破坏，那情况将会更加复杂。

参考文献：

[1]陈平，张有天.裂隙岩体渗流与应力耦合分析[J].岩石力学与工程学报，1994年12月.

[2]杨天鸿.岩石破裂过程渗透性质及其与应力耦合作用研

究[D].东北大学博士论文，2001：1.

[3]陈洪凯.裂隙岩体渗流研究现状（ Ⅰ ）[J].重庆交通学院学报，1996年3月.

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