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覆岩离层三维力学模拟有限元接触算法及其应用

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文档简介:

覆岩离层三维力学模拟有限元接触算法及其应用第19卷第3期2013年9月地质力学学报JOURNALOFGEOMECHANICSV01.19No.3Sep.2013文章编号:1006-6616(2013)03-0325-09覆岩离层三维力学模拟有限元接触算法及其应用伍泽东,薛爱民,曹丁涛(1.中国科学院计算技术研究所,北京100190;2.北京派特森科技发展有限公司,北京100016;3.充州煤业股份有限公司,山东邹城273500)摘要:针对覆岩离层这一特殊的接触问题提出了新的接触算法,并采用大规模并行计算方法实现了对离层进行真正三维的力学模拟,从而得到覆岩离层空1'4几何形态参数。以济宁二号煤矿西部十一采区为研究实例,验证了算法的适用性及有效性。关键词:三维有限元力学模拟;覆岩离层;接触算法;大规模并行计算中图分类号:TU452文献标识码:A0引言在煤炭开采过程中,随着工作面推移对覆岩体自然应力平衡状态的破坏,采空区上覆岩层的次生应力场重新分布,岩层内部的应力也重新分布以达到新的平衡。在此过程中上覆岩层要发生断裂、冒落、弯曲和下沉,这种运动变化由下向上逐步发展,出现不同步的下沉,上覆岩层由于岩性、距采空区距离、厚度等方面的不同,在垂直方向出现了不同的位移差,进而形成了离层空间。离层带中经常有大量的积水,这些离层水对于下伏的岩石形成巨大压力,当压力积累到一定程度时有可能破坏断裂带,形成离层水害,是巨大的煤矿安全隐患。因此离层的量化研究对煤矿安全生产和采区人民生活的影响具有积极的意义。科研工作者对于覆岩离层问题进行了大量的研究。从最初的开采沉陷方式,到岩层运动的物理及力学模型,岩层运动过程,离层发育规律,覆岩的离层条件,以及离层所带来的危害都做了很多探讨。杨伦等提出的岩层二次压缩理论,将地表沉陷与岩层的物理力学性质联系起来。宋杨等曾利用有限元方法研究支承压力显现的过程,揭示其变化规律与上覆岩层运动间的关系。苏仲杰等将离层岩层假设为岩板建立了岩板挠度的力学模型。梁运培提出了覆岩层移动的组合岩梁理论。张健全分析了覆岩离层可能出现的位置,并提出了计算最大离层的方法。然而这些研究大多停留于定性阶段,在定量研究方面却刚刚起步,对于离层进行三维模型分析的研究尚属收稿日期:2013-03_04作者简介:伍泽东(1984一),男,四川渠县人,助理研究员,主要从事大规模并行计算领域研究工

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