[发明专利]一种分析洞穴围岩局部稳定性的方法

说明书

本发明涉及采矿技术领域，特别是分析洞穴围岩局部稳定性的方法，利用有限元模拟软件建立岩体的三维数值模型时，在三维数值模型中设置节理面，对三维数值模型进行模拟洞穴开挖后，计算洞穴围岩处节理面的抗剪安全系数，将抗剪安全系数与预设值进行比较，从而得出洞穴围岩的局部稳定性。本发明以对洞穴围岩的局部结构——节理面分析为切入点，建立包含节理面的岩体三维数值模型，计算出洞穴围岩各个节理面的抗剪安全系数，通过抗剪安全系数的分析，直观了解到洞穴围岩局部部位的稳定性情况，并可对局部失稳处采取相应的加固措施，避免对现场施工人员造成安全隐患，以及防止局部失稳状态的进一步扩展恶化。

技术领域

本发明涉及采矿技术领域，特别是一种分析洞穴围岩局部稳定性的方法。

背景技术

现有分析洞穴围岩稳定性的方法包括如下步骤：利用有限元模拟软件建立岩体的三维数值模型；对三维数值模型赋予岩体本构模型，用以模拟岩体内的应力应变情况；对三维数值模型进行模拟洞穴开挖；将洞穴围岩作为整体进行受力分析。采用上述分析方法只能评估洞穴围岩是否会发生整体大面积塌陷、失稳，即只是对洞穴围岩的整体稳定性进行判断，即使整体稳定性满足要求，洞穴围岩局部处也可能出现失稳情况，如洞穴围岩局部发生岩土块脱落，如果不能对洞穴围岩局部稳定性进行有效分析并采取相应加固措施，局部的失稳情况会对现场施工人员造成安全隐患，甚至逐渐扩展成洞穴围岩的整体大面积塌陷、失稳，故亟待找到一种分析洞穴围岩局部稳定性的方法。

发明内容

本发明目的在于针对现有技术在分析洞穴围岩稳定性时只能评估洞穴围岩是否会发生整体大面积塌陷、失稳，却分析不了洞穴围岩局部岩体的失稳情况的问题，提供一种分析洞穴围岩局部稳定性的方法。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种分析洞穴围岩局部稳定性的方法，包括如下步骤：

利用有限元模拟软件建立岩体三维数值模型，对建立完成的岩体三维数值模型进行网格划分；

对三维数值模型赋予岩体本构模型，用以模拟岩体内的应力应变情况；

对赋予岩体本构模型的岩体三维数值模型进行洞穴模拟开挖，利用有限元模拟软件建立岩体三维数值模型时，在岩体三维数值模型中设置节理面；

对岩体三维数值模型进行洞穴模拟开挖后，计算洞穴围岩处各个节理面的抗剪安全系数，将各个节理面抗剪安全系数与预设值进行比较，若某一节理面的抗剪安全系数大于或等于预设值，则该节理面处的洞穴围岩不发生局部失稳；若某一节理面的抗剪安全系数小于预设值，则该节理面的洞穴围岩发生局部失稳。

其中，选择节理面的参数如倾角和倾向对本领域技术人员而言是公知常识，根据现场实际情况勘探出节理面的参数这对本领域技术人员而言是常规技术手段。预设值可以根据实际情况中岩体所处的位置和工况选取，对本领域技术人员而言为公知常识。

本发明在分析洞穴围岩局部稳定性时引入岩体的局部结构——节理面，利用有限元模拟软件建立岩体三维数值模型时，在岩体三维数值模型中设置节理面，并计算出洞穴围岩各个节理面的抗剪安全系数，即可得出洞穴围岩局部处的安全系数。通过抗剪安全系数与预设值的分析，能够明确洞穴围岩不同部位的稳定性情况，并可对局部失稳处采取相应的加固措施，避免对现场施工人员造成安全隐患，以及防止局部失稳状态的进一步扩展恶化。

优选的，对赋予了岩体本构模型的三维数值模型进行洞穴模拟开挖包括步骤：

M1、对岩体三维数值模型设置边界条件，用以模拟岩体周围边界的限制情况；

M2、对岩体三维数值模型设置重力加速度，用以模拟岩体在重力作用下的自然沉降，以得到岩体三维数值模型的待开挖状态；

M3、在岩体三维数值模型的待开挖状态下进行洞穴模拟开挖。