基于有限元强度折减法的采场结构整体稳定性极限分析.pdf

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1、第32卷第6期矿冶工程V0J．32No62012年12月MININGANDMETALLURGICALENGINEERINGDecember2012基于有限元强度折减法的采场结构整体稳定性极限分析①陈冰洁，谢学斌，陈钊峰，杨艳萍(中南大学资源与安全工程学院，湖南长沙410083)摘要：以铜陵某铜矿开采设计稳定性研究为例，利用有限元强度折减法对采场结构的整体稳定性进行了极限分析。计算结果表明，由于采场结构布置和受力复杂，仅靠数值计算解的不收敛性作为整体失稳判据是值得商榷的，而以顶板塑性破坏带大面积贯通

2、、关键点位移突变、破坏单元体积突变和塑性应变最大值突变作为整体失稳判据则具有一致性，可作为采场结构整体失稳的判据，由此得到采场结构的整体安全系数，对地下矿山采场结构稳定性分析具有一定参考作用。关键词：地下采场结构；稳定性分析；强度折减法；失稳判据；整体安全系数中图分类号：TD315文献标识码：A文章编号：0253—6099(2012)06—0017—04LimitAnalysisforIntegralStabilityofStopeStructureBasedonStrengthReduction

3、FiniteElementTechniqueCHENBing—jie，XIEXue—bin，CHENZhao-feng，YANGYan—ping(SchoolofResourceandSafetyEngineering，CentralSouthUniversity，Changsha410083，Hunan，China)Abstract：TakingtheminingstabilityindesignforaTonglingCopperMineasanexample，alimitanalysiswa

4、sconductedfortheintegralstabilityofthestopestructurewithstrengthreductionfiniteelementtechnique．Thecalculationresultsshowedthattheconvergenceofnumericalcomputationsolutionwasarguabletodefineoverallinstabilityofthestructureduetothecomplexityoftheunderg

5、roundstopestructure，whiletheinstabilitycriteriaincludingalargeareaofroofpene—trationduetoplasticfailure，thedisplacementanddeformationofkeypoints，suddenincreaseinvolumedeformationandthemaximumplasticstrainshowedsomeconsistency．Theoverallsafetyfactorfor

6、thestopestructureobtainedbasedonthesecriteriacanbeusedasareferenceintheminingdesignforthesimilarundergroundmine．Keywords：undergroundstopestructure；stabilityanalysis；strengthreductiontheory；instabilitycriterion；overallsafetyfactor地下采场结构稳定性分析已成为采矿工程研究的无

7、论是隧洞还是采场结构都无法得到其安全系数。近重要课题之一。地下开采活动由于破坏了原岩应力平年来，采用有限元强度折减法对岩土体强度参数进行衡状态，使围岩产生塑性变形并最终导致结构失稳破折减使岩土体处于极限状态，从而求得潜在的破坏面坏，影响矿山安全。目前，国内外的采场结构稳定性评及整体安全系数，克服了传统极限分析方法需要事先价通常采用数值分析方法，以数值计算的围岩应力、位假定滑动面及适用性受限的不足，在边坡、隧洞及单一移或塑性区大小的值来进行判别。虽然根据数值计算采场和矿柱等地下工程稳定分析中取得了成

8、功，提出结果可以定性地评价结构的稳定性，但无法求出工程了基于有限元强度折减法的定量评价地下工程稳定性设计中十分有用的稳定安全系数F与具体破坏面，从的新方法¨。不过由于地下采场结构的工程特性而制约了数值分析方法在地下矿山工程中的应用。为比隧洞及单一的采场和矿柱更为复杂，其破坏形式也此，研究并提出科学的地下采场结构稳定评判标准，对呈现出与它们不同的工程特点，采用有限元强度折减完善地下矿山采场结构的稳定性分析具有重要意义。法评价地下采场结构稳定性尚未得到广泛应用。为长期以来，安全系数是定