RFPA离心加载法模拟重庆鸡尾山山体崩滑失稳灾害

RFPA离心加载法模拟的鸡尾山山体滑坡的研究成果已在国际期刊Environmental Earth Sciences上发表。2009年6月5日下午15时许,重庆市武隆县铁矿乡鸡尾山山体发生了大规模的岩体崩滑,造成10人死亡,64人失踪,8人受伤,成为近年来少有的一次岩体失稳灾难事件。

      东北大学徐涛、大连理工大学唐春安联合成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室许强等专家,通过应用三维真实破裂过程分析系统(RFPA3D的离心加载法,对鸡尾山山体崩滑失稳灾害进行了初步的数值模拟研究。数值计算表明,山体地下开采对滑源区坡体的稳定性造成了直接的影响,地下开采引起上覆岩体中的应力场发生变化并导致滑源区坡体后缘出现拉裂缝,随着底面软弱炭质页岩层滑带的蠕变损伤导致被拉开的滑源区坡体沿底面炭质页岩层滑带发生蠕滑变形,滑源区前缘岩体形成较高的应力集中,致使前缘处于关键块体岩溶带和后缘固定山体的一定范围内的岩体发生剪切破坏,而滑坡体的大部分区域都产生拉破坏,范围明显向滑体的中部和采矿区与滑体之间的区域扩大,最终导致坡体的失稳形成规模较大的滑坡地质灾害。

      数值模拟研究进一步表明岩体的流变失稳实质是岩石细观蠕变损伤导致岩体力学性质弱化、应力重分布诱致岩体渐进损伤破坏的一个复杂的非线性过程。进一步的了解请参见(http://link.springer.com/article/10.1007/s12665-014-3119-7#page-1 )。

RFPA网格模型

数值模拟的岩体崩滑过程

背景材料:RFPA离心加载法

       RFPA离心加载法是力软科技RFPA软件的系列产品。它基于离心加载物理试验的原理,通过将离心加载算法引入到岩石破裂过程分析RFPA 系统中,形成了RFPA 离心加载法(RFPA-Centrifuge)。

       RFPA-Centrifuge 的应力分析采用有限元基本算法,满足静力平衡、应变相容及岩土体的非线性应力?应变关系;秉承了RFPA 系统的破坏分析功能,并且同样考虑材料细观非均匀的影响,对复杂边坡等难点问题进行分析时,不需对滑动面或破坏区域做任何预先假定。通过对垂直土坡离心物理试验、倾斜的土坡、含两组平行节理岩质边坡和不同截面形状隧道的数值试验,证明该法可以直观、逼真地获得岩土结构的破坏区域或滑移破坏面,同时求得安全储备系数,分析结果与物理的试验和有限元强度折减法均比较一致。RFPA-Centrifuge 不仅回避了强度折减法中有关力学参数复杂的折减规则,还克服了强度折减法难以用物理试验进行相互验证的不足,因而是一种极具前景的岩土工程稳定性分析方法。

相关链接:

唐春安等,岩土破裂过程分析RFPA 离心加载法,岩土工程学报,第29卷第1期,p71-76,2007.


配置MMS-View的ESG微震监测系统在济钢张马屯铁矿进入试运行

     济钢张马屯铁矿通过力软科技引进的“ESG微震监测系统”,目前在张马屯铁矿已进入试运行阶段。

      这套投资近100万元的微震监测设备主要用于监测帷幕在开采扰动高应力作用下的微破裂前兆,旨在为矿山突水预测提供一种新的实时监测手段。

      张马屯铁矿位于济南市东郊,该矿于1966年11月1日兴起,1967年5月14日开始基建,于1977年11月1日部分投产,形成年产量20万吨矿石的生产规模。该矿床的水文地质条件极其复杂,为国内少见的大水矿床,矿山的防治水工作经历了三十多年的艰难历程,先后进行过五次专门水文地质勘探,三次大规模帷幕注浆堵水,三个水平的“地下同水平疏干”和二期矿坑水的综合利用,经历了一次淹井事故。防治水工程量之大,耗资费用之高,在国内实属罕见。

      随着开采深度的增加,在大帷幕区域内外产生较大的水力梯度,而帷幕区域内部正在矿石开采,水压及开采活动势必对大帷幕区域的稳定性造成危害。而大帷幕区域若失稳破坏,必然是由于开采活动及水力差异引起应力场扰动所诱发的大帷幕区域内部微破裂萌生、发展、贯通等岩石破裂过程失稳的结果。然而,在大帷幕区域发生失稳破坏之前,大帷幕区域内部必然都有微破裂前兆。而诱发微破裂活动的直接原因则是开采活动及水力差异而引起大帷幕岩体内部应力或应变增加的结果。

      为了对济钢张马屯铁矿床大帷幕稳定性进行微震监测,该矿区通过力软科技引进加拿大ESG公司的“ESG微震监测系统”。通过网络技术将现场数据向数据处理中心进行实时远距离传送,对大帷幕区域微震活动进行24小时连续监测,实现矿山微震监测信息与三维矿山地质模型的相叠动态显示,为突水预报提供依据。

      在此次的应用中,将首次在ESG微震检测仪中使用Mechsoft公司开发的“微震监测系统中文可视化分析软件MMS-View”。MMS-View是Mechsoft针对ESG先进的微震监测仪器,专门为适合我国用户使用开发的,它与ESG微震监测仪器构成一个更加完整的监测与分析系统。MMS-View通过与三维地质模型结合,更加有利于微震时空分布规律的分析与预测。MMS-View还可与三维应力场分析系统RFPA-3D实现无缝连接,使用户可以基于工程结构的RFPA应力场分析对微震的演化规律作出更加合理的预测,为将微震监测与分析系统真正作为地下工程、边坡、隧道稳定性监测以及采矿安全生产的日常管理手段提供了新的选择。


济钢张马屯铁矿堵水帷幕危险性评价微震监测与计算分析

济钢张马屯铁矿大帷幕平均高400多米,堵水效果显著,但帷幕内外存在的高水压差,对矿山安全生产造成了一定的潜在威胁。受济钢集团有限公司委托,大连力软科技有限公司基于微破裂是导致大帷幕失稳诱发突水灾害前兆的基本认识,突破以水位等表象信息监测为依据进行突水灾害预报的传统思路,从开采应力扰动诱发微破裂导致突水灾害发生的本质出发,以微震监测和大规模科学计算技术为手段,以微破裂过程中的多场耦合理论分析为基础,以探索张马屯铁矿大帷幕失稳破坏诱发突水灾害孕育的内在动因和前兆规律为核心,以张马屯铁矿突水灾害的实时预报为目标,揭示张马屯铁矿突水灾害孕育的内在动因和前兆规律,构建张马屯铁矿突水灾害预测预报的理论体系,建立了具有可操作性的突水灾害分析预报新方法。

利用大规模并行计算技术进行三维数值模拟分析,揭示大帷幕区域背景应力场分布;

根据背景应力场分析,针对高应力场可能诱发突水的区域,重点布设探头,建立整体矿山微震监测系统,对大帷幕区域的微破裂时空信息进行24小时连续监测;

对微震数据及三维模型计算分析结果进行深入分析处理并进行数据整合,分析背景应力场扰动与微震活动时空演化规律,对大帷幕进行突水分析与预报,分析结果反馈给矿山现场指导生产和设计。


河北唐山石人沟铁矿围岩稳定性微震监测与数值计算分析

 结合国家十一五计划支撑项目,由力软科技参与的河北唐山石人沟铁矿露天转地下采场围岩稳定性微震监测及大规模数值计算分析项目,于2008年8月正式启动。石人沟铁矿2001年开始井下建设,2004年正式开始生产,2008年年生产铁矿石98.9万吨、铁精矿32.6万吨。然而上部遗留下来的露天边坡严重威胁着地下采场的安全。该区存在多条规模较大的断层带,其中F8断层为导水的正断层,断层附近的岩体节理发育,井下开采诱发裂隙进一步开裂,岩体渗透性逐步提高,一旦有上覆滑坡诱发大规模采场事故发生,将给矿山安全生产造成毁灭性的灾害。通过以“微震现场监测”为主、“应力场三维数值模拟”为辅的采场围岩稳定性分析方案,为生产提供了安全保障。该项目已于2011年12月在唐山顺利通过验收。


大规模计算三维模型

 三维计算结果

微震监测的采场围岩损伤区演化