有限元法在宝日希勒露天煤矿边坡稳定性分析中的应用.pdf

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1、臣盈田露天采矿技术2011年第5期·7·有限元法在宝日希勒露天煤矿边坡稳定性分析中的应用朱立仁，黄玉凯，焦向东(神华宝日希勒能源有限公司，内蒙古呼伦贝尔021025)摘要：为了解决宝日希勒露天煤矿采场边坡的稳定问题，利用有限单元法Ansys数值模拟，对该露天煤矿采场的边坡稳定性进行数值模拟分析，清晰的看到了边坡受力及变形速度等情况，直观地得到了坡体的滑移破坏面。算例的模拟分析证明：刚体极限平衡方法能够较为准确地预测边坡潜在破坏面的形状与位置，体现岩体变形破坏机理。关键词：采场；边坡；变形；Ansys中图分类号：TD824．7~1文

2、献标识码：B文章编号：1671—9816(2011)05—0007—03有限元法是目前广为应用的岩土工程与结构分其中弹塑性矩阵【】为：析的有力工具。该法是把一个实际的结构物或连续体用一种由多个彼此相联系的单元体所组成的近似[rD,p]]一=r[n1]一—In—．]—{a—-af-vj{aoaf_】—[I一n⋯(2)等价物理模型来代替。通过结构及连续体力学的基{aof}{等}本原理及单元的物理特性建立起表征力和位移关系而屈服函数．厂采用了应力张量不变量表达的摩的方程组。解方程组求其基本未知物理量，并由此求尔一库仑型屈服准则：得各单元

3、的应力、应变以及其他辅助量值。有限元法f=l+、／一K=0(3)按其所选未知量的类型，即以节点位移作为基本未知量，还是以节点力作为基本未知量，或二者皆有，并建议采用图1(b)的简化模型进行下数值分析。可分为位移型的、平衡型的和混合型的有限元法。由于位移型有限元法在计算机上更易实现复杂问题的系统化，且便于电算求解，更易推广到非线形和动力效应等其他方面，所以，位移型有限元法比其他类型的有限元法应用更为广泛。1弹塑性非线形问题的有限元分析(8)(b)弹塑性非线性是岩土介质瞬时力学特性的重要图1弹塑性模型一表现之一。当作用在斜坡岩土体上的

4、荷载超过一定的由(1)式表明，弹塑性矩阵[]是应力一应变量级时，尤其当岩土体性质较软弱时，介质都会产生状态的函数，因此，由(2)式可知，在非线性情况下，不同程度的不可恢复的塑性变形。由于塑性变形的结构的刚度矩阵[]是位移{d}的函数(图1(c))，即出现，从而使得岩上体的应力与应变的关系通非线性情况下结构的有限元总体平衡方程为：常表现为如图1(a)所示的非线性性状，这就是弹塑[g(8)]{}_{R}(4)性非线性。根据岩体力学测试结果，我们建立了典型非线性问题有限单元法分析的核心就是求解上岩类的非线性应力一应变关系，即弹塑本构模型

5、，即：述非线性代数方程组。解法的基础仍然是前述线弹{∞}_([]-[]){}_[]{如}(1)性分析提供的方法：将非线形的应力一应变关系分收稿日期：2011-05—29成若干荷载增量段，然后，在每一个段内用多次的线作者简介l朱立仁(1957一)，男，吉林长春人，高级工程师，1983毕业于内蒙古鸟达煤矿职工大学采矿工程专业。2009年弹胜迭代末解逼近非线形解，求得真实位移，从而求毕业于辽宁工程技术大学采矿工程函授本科，现任神华宝日出单元的应变与应力，最后累加求得各级荷载作用希勒能源有限公司副总经理。下的最终应力与应变。具体采用的是增

6、重一初应力·8·露天采矿技术2011年第5期巨翟圈法，这是晋基维茨等人提出的求解弹塑性非线性问性质指标构建模拟模型。题的方法。其迭代过程是这样的：对于每一级荷载，表1力学指标表首先以线弹性方法求解接点位移增量、应力增量和地层土岩Pa(。)删Pa／k。：m单譬压单嚣拉应变增量，由线弹性解所得到的应力增量{}称为“全应力增量”，相当于图中的{△}。非线性的应力一应变关系曲线表明，与此应变增量{△}相对应的真实应力实际上在C点，即真实的应力增量是△。。这样，就要把线弹性解由点向C点修正，修正的量△称为初切应力。按照非线性的应力一应变关系

7、，把应力由△改为实际的△。保持系统的南29剖面边坡稳定性分析。原有平衡，必须同时施加与△鼢等效的节点荷载，模拟模型、SXX横向、syy竖向、sxy剪切应力云即应将初应力转化为等效节点荷载{}。。图、xdis横向位移云图、ydis竖向位移云图分别见图3一图6。从图中可以看出：横向应力SXX在边坡下一{△Rfo'=fi[B]{△}dxdy(5)eJ』定深度呈规律性变化；沿边坡面水平应力相等，只有然后，在总的上迭加求得第二次迭代的总位移，即坡脚变大，即为应力集中；坡顶出现拉应力区，地表lJo{△}2={AR}+{ARIo,(6)砂土层产

8、生拉张裂隙。竖向应力syy沿埋藏厚度增大而规律性增加，符合地应力赋存规律，边坡表面出现拉应力。剪切应力sxy沿边坡面基本相等。横向位移xdis沿坡面自坡顶至坡脚逐渐增大，但位移量很小。竖向位移ydis以下沉为主；下沉量沿坡面自坡顶至坡脚逐渐减小，坡