重置固 露天采矿技术 ２０ｌ３年第１期 ・３・ 基于ＦＬＡＣ３Ｄ的层状岩质边坡失稳数值模拟 杨波 ，郑 杰 （１．神华集团公司安全监察局，北京１０００１１；２．辽宁工程技术大学矿业学院，辽宁阜新１２３０００） 摘要：ＦＬＡＣ∞采用有限差分法，可以进行土、岩石和其他材料的三雏结构受力模拟分析，是求解岩土工 程问题的理想工具之一。结合魏家峁露天矿工程特征，将ＦＬＡＣ∞软件应用到边坡稳定性分析中，模拟层状岩 质边坡的应力、应变、位移变化规律，揭示层状岩质边坡滑坡失稳机制，并评价边坡的稳定性。 关键词：层状岩质边坡；ＦＬＡＣｍ；数值模拟；失稳机制 中图分类号：ＴＤ ８２４．７＋１ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１６７１—９８１６（２０１３）Ｏ１—０００３—０３ ＦＬＡＣ∞是一种有限差分软件，可以进行土、岩 边坡稳定性分析是露天开采领域研究的重大问 石和其他材料的三维结构受力模拟分析，通过调整 题。露天矿边坡的稳定性关系到生产设备和人员的 三维网格中的多面体单元来拟合实际结构，单元材 生命安全，一旦发生滑坡，造成重大灾难。露天矿边 料可采用线性或非线性本构模型，在外力作用下，当 坡规模大，揭露岩层较多，均属于层状岩质边坡，由 材料发生屈服后，网格能够相应地变形和移动（大变 于在生成过程中的沉积作用及环境影响，各层岩体 形模式）。ＦＬＡＣ３Ｄ采用“显式拉格朗日”算法和“混 的变形及强度特征有明显的不同。边坡的稳定性主 合一离散分区”技术，能够非常准确地模拟材料的塑 要受层理和弱面控制，与均质边坡相比其稳定性和 性破坏和流动。由于无需形成刚度矩阵，因此，基于 破坏机理较为复杂。 较小内存空间就能够求解大范围的二维或三维地下 工程问题。由于采用了自动惯量和自动阻尼系数，克 ２ 理论基础 服了显式公式存在的小时间步长的限制以及阻尼问 目前应用于边坡稳定性分析的方法主要有：极 题。在ＦＬＡＣ３Ｄ中本构方程每个时步都是小变形，但 限平衡法、极限分析法、有限元法、有限差分法。其 是多步后等效于大变形。所以ＦＬＡＣ 。在解决岩土工 中，极限平衡法对边界条件大大地进行了简化，对复 程问题上具有很大的优越性，是求解岩土工程问题 杂问题进行了简化处理，对计算结果及精度有显著 的最理想工具之一，得到了大家的广泛认可。 影响；极限分析法是建立在极限定理基础上，原则上 ３建立模型及计算 可以给出问题的上下限解，但上下限往往太大又变 得无实际意义，目前极限分析也只能对简单稳定性 魏家峁露天矿东帮非岩石段最大高度近１００ 问题进行近似分析；有限元法不能直接与稳定建立 ｍ，在露天采掘场东帮１ ０８３ ｍ一１ ０７０ ｍ水平（倾斜 关系，只能算出应力位移与塑性区的大小，而不能求 台阶）Ｊｚ留８０ ｍ宽平台修筑排洪渠，以保证正常泄 得边坡稳定系数，因而这种方法在工程实际中没有 洪。排洪渠横截面积２０ ｍ：，造价１ ４００万元，位于东 得到广泛应用；有限差分法较好的吸收其他方法的 帮中部，一旦边坡失稳，必然会造成排洪渠填堵甚至 优点并在克服其缺点的基础上而形成的一种新型显 破坏，严重威胁露天矿人员及设备的安全以及生产的 示方法，该方法的基本原理和算法与离散元法相似， 连续性；另一方面，魏家峁露天煤矿采煤为电铲一汽 但它应用了节点位移连续条件，可以对连续介质进 车一地面半固定式破碎站—胶带运输机工艺，其中 行大变形分析。 半固定式破碎站及胶带运煤系统布置的首采区东帮 附近，因此，东帮边坡失稳亦会对露天矿生产的连续 收稿日期：２０１２一ｌ１—１５ 性造成严重影响。选取东帮２８—２８线剖面如图１所示。 作者简介：杨渡（１９７８一），男，内蒙古四子王旗人，．ｒ－ａ￣ 其地层从上到下依次是：第四系黄土、第三系红 师，硕士，研究方向：煤矿安全生产技术，现就职于神华集团 粘土、砂砾岩、煤层。经勘探发现在煤层顶底板分布 公司安全监察局。 有弱层，以沉积结构面为主。