金堆城钼矿临近引水隧洞预裂缝模型减震效果分析
Series No.495September 2017 金 属 矿 山METAL MINE 总第495期2017年第9期
收稿日期 2017-07-04
基金项目 中央高校基本科研业务费专项(编号:2017IVA048)三
作者简介 张建华(1963 ),男,教授,博士研究生导师三通讯作者 李泽华(1964 ),男,教授级高级工程师,北方爆破科技有限公司总工程师,
博士研究生三
金堆城钼矿临近引水隧洞
预裂缝模型减震效果分析
张建华1 杨 攀1 李泽华2 赵 强2 张宝岗1 黄 刚1
(1.武汉理工大学资源与环境工程学院,湖北武汉430070;2.北方爆破科技有限公司,北京100089)
摘 要 露天采场的爆破振动会对邻近隧洞的稳定性产生很大的影响,有必要采用控制爆破的方式来减小爆破
振动的危害,保证地下隧洞的安全三考虑到金堆城钼矿南露天采场爆破振动对地下引水隧洞的影响,决定采用预裂爆破的方式控制爆破振动三利用ANSYS /LS -DYNA 建立台阶-预裂缝-隧洞模型,对不同预裂缝深度二长度及预裂缝与爆源间距条件下的单孔爆破进行模拟,分析缝后隧洞迎爆面测点峰值振速和测点平均减震率随预裂缝参数变化的规律,拟合平均减震率随预裂缝参数变化的计算公式三研究结果表明:迎爆面边墙中点受爆破振动影响最大,拱顶受到的影响相对较小;预裂缝深超过3m 后才会起到显著的减震效果;结合矿山经济技术条件,得出预裂缝模型的推荐参数:预裂缝深0.7~1.1倍炮孔深度,缝长需超过1倍炮孔深度,缝源间距0.8~1倍炮孔深度,以上参数条件下的平均减震率超过50%三
关键词 引水隧洞 预裂缝模型 减震率 数值模拟 中图分类号 TD235 文献标志码 A 文章编号 1001-1250(2017)-09-066-06Study on the Damping Effect for Diversion Tunnel with Pre-splitting Crack Model in Jinduicheng Molybdenum Mine
Zhang Jianhua 1 YangPan 1 Li Zehua 2 Zhao Qiang 2 Zhang Baogang 1 Huang Gang 1
(1.School of Resources and Environmental Engineering ,Wuhan University of Technology ,Wuhan 430070,China ;2.North Blasting Technology Co.,Ltd.,Beijing 100089,China )Abstract The blasting vibration of the open pit has a big influence on the stability of adjacent tunnels,it is necessary to reduce the harmful of blasting vibration by adopting controlled blasting technique to ensure the safety of underground tunnel.The pre-splitting blasting technique is adopted to control the basting vibration by considering the influence of blasting vibration of the south open stope to the underground diversion tunnel of Jinduicheng Molybdenum Mine.The bench-presplit crack-tunnel model of the open stope is established by using the ANSYS /LS-DYNA software,to simulate the blasting process under the con-ditions of different depth and length of pre-splitting crack and the distance between pre-splitting crack and explosion source.Based on the model established in this paper,the change rules of maximum vibration velocity and average damping rate of the measurements points of tunnel blasting face behind pre-splitting crack with pre-splitting crack parameters are analyzed,the cal-culation formula of the average damping rate changed with pre-splitting crack parameters is fitted.The study results show that:the midpoint of the blasting face is affected by the blasting vibration seriously,while,the influence degree of the blasting vibra-tion to arch crown is relative small;the significance damping effect can be obtained when the depth of pre-splitting crack is more than 3m.According to the economic and technical conditions of the mine,the recommended parameters of pre-splitting
crack model are obtained,the depth of pre-splitting crack is the 0.7~1.1times of the borehole depth,the length of pre-split-ting crack is more than 1time of borehole depth,the distance between the pre-splitting and explosive source is the 0.8~1.0times of borehole depth,therefore,under the above parameter conditions,the average damping rate can be more than 50%.Keywords Diversion tunnel,Pre-splitting crack model,Damping rate,Numerical simulation 四66四万方数据
裂缝模型说明
裂缝模型说明 1 裂缝模型介绍 在钢筋混凝土结构的有限元分析中，常用的裂缝模型有以下几种：1，弥散（分布）裂缝模型；2，离散裂缝模型；3，断裂力学模型。除此之外，还有其他一些形式的模型。那么，如何在种类繁多的开裂数学模型中选用合适的模型用于实际结构分析呢，这取决于有限元分析的对象以及需要得出哪些数据。如果需要获得结构的荷载位移特性曲线，而不需要裂缝的实际分布图形及局部应力状况，那么，就可以选择所谓“弥散裂缝模型”。如果研究的兴趣在于结构局部特性的细节，那么采用离散裂缝模型更为适合。对于某些特殊类型的问题，采用基于断裂力学原理的开裂模型也许更为方便。 弥散裂缝模型也被称为分布裂缝模型，其实质是将实际的混凝土裂缝“弥散”到整个单元中，将混凝土材料处理为各向异性树料，利用混凝土的材料本构模型来模拟裂缝的影响。这样，当混凝土某一单元的应力超过了开裂应力，则只需将材料本构矩阵加以调整，无需改变单元形式或重新划分单元网格，易于有限元程序实现，因此得到了非常广泛的应用。Baza等提出的钝带裂缝模型则进一步发展了传统的弥散裂缝模型，通过引入裂缝带、断裂能等概念，使弥散裂缝模型和断裂力学相结合，减小了单元尺寸的影响。现在的大型商用非线性有限元程序包里面基本都集成了弥散裂缝模型，用于模拟混凝土、岩石等材料的开裂。 离散裂缝模型是最早提出的模拟混凝土开裂的裂缝模型，其基本思想是：将裂缝处理为单元边界，一旦出现裂缝就调整节点位置或增加新的节点，并重新划分单元网格，使裂缝处于单元边界与边界之间。这样，由裂缝引起的非连续性可以很自然的得到描述，裂缝的位置、形状、宽度也可以得到较清晰的表达。由于离散裂缝模型是使用单元边界来模拟裂缝，因此随着裂缝的发生和发展，需要不断调整单元网格。这是—项非常复杂的工作，需要消耗大量的计算机时，也是妨碍分离裂缝模型发展的主要原因。对于一个有着大量裂缝的实际混凝土结构．用网格重划来逐个追踪裂缝几乎是不可能的。因此，分离裂缝模型多用于分析只有一条或几条关键裂缝的素混凝土或少筋混凝土结构，例如坝踵裂缝等。随着网格划分技术以及无网格有限元技术的发展，分离裂缝模型的应用领域也有所扩大。 2 FEA中提供的裂缝模型 2．1 弥散式裂缝 FEA中提供总应变裂缝模型（Total Strain Crack），它是一种弥散式裂缝模型。 2．1．1 TSC模型介绍 对于弥散式裂缝模拟中比较重要的几个问题，总应变裂缝模型中都全面的考虑： 1）固定裂缝模型/转动裂缝模型 在混凝土单元开裂后，开裂单元的主应力方向在后续计算中可能出现变化，此时主应力方向和裂缝方向就有可能不一致，这时，一般采用以下几种方法来处理。 (1)固定裂缝模型(fixed crack model) 常用的弥散裂缝模型形式为固定裂缝模型，即认为裂缝出现后，原有的裂缝角度不再变化，即R矩阵保持不变。计算过程中首先将应力应变通过只矩阵转换到裂缝坐标系下，计算此时的正应力、正应变和剪应力、剪应变，以及裂缝坐标系下的本构矩阵。根据公式迭代求解得到新的荷载步的应力应变关系。固定裂缝模型的一个重要问题就是剪力锁死问题，由于切线剪切模量G始终大于零，使得裂缝表面的剪应力随剪切应变增加而只能增大，无法模拟裂缝的剪切软化问题。另外， 一个积分点最多只能出现三条彼此垂直的裂缝，因此某些复杂的开裂行为难以加以准确描述。 (2)转动裂缝模型(rotating crack model) 保持主应力方向和裂缝方向始终一致，在新的主应力下生成新的开裂本构矩阵，不再考虑原有
裂缝性油藏数值模拟方法(正文)
裂缝性油藏数值模拟方法 姚军 （中国石油大学山东东营 257061） 摘要：目前对天然裂缝性油藏的数值模拟可以大致分为连续性模型和离散性模型两大类；连续性模型又可以分为双重介质模型和单介质模型，双重介质模型主要是以Barrenblatt和Warren-Root在20世纪60年代提出的双重孔隙/双重渗透模型为基础，在这类模型中认为油藏中每一点都存在有基岩和裂缝两种介质，基岩被相互平行排列的裂缝分割称为单个的岩块，每种介质存在独立的水动力场，通过两种介质间的窜流的将其联系起来；而对于单介质模型，则是通过一定的方法将裂缝的渗透率和基岩的渗透率进行综合的考虑，得出整个油田的有效渗透率，该有效渗透率考虑了裂缝的密度、方位等的影响，然后将该有效渗透率输入到普通的单一介质模拟器中来对裂缝性油藏进行模拟； 由于双重介质模型不能够对不连续且控制着流体流动的大裂缝进行准确的模拟等原因，离散性模型在近段时间逐渐发展起来，而其又可以分为离散裂缝网络模型和离散管网模型；在离散裂缝网络模型中，对地质上描述出来的每个裂缝都进行了离散的显式的表示，同时根据局部裂缝的形状决定基岩的几何形状，由于地质上描述的裂缝数目一般较多，相应的在数值模拟中需要的离散点数目也就十分巨大，对模拟造成了一定的困难，所以目前很多的专家和学者又对该方法进行了进一步的改进，有许多简化的方法存在；离散管网模型则是先对所要模拟的区域进行了网格的划分，进而采用管子连接两个网格块，相应的两个网格块之间的传导率也采用管子的传导率来代替，这种方法的特点是数学上比较简单，灵活性较强，同时由于管子只对其连接的两个网格有影响，所以改变管子的传导率只会影响一个方向的传导性，而不会像常规的模拟器那样要同时影响两边的传导性，但是该方法目前研究较少。 0 前言 随着世界碳酸盐岩油气田的大规模开发，系统深入研究这类油气田的渗流模式及其在开发中的应用已成为重要课题。地质学家通过岩芯分析，确认碳酸盐岩(灰岩、白云岩)具有明显可见的裂缝、孔洞，含有密集的树枝状构造的粗裂缝以及连接的孔洞和孔隙。这类特殊的储集层结构不仅造成了井的高产、不稳定、跃变等开采特征，而且也造成各异的油气井压力降或压力恢复曲线特征。 碳酸盐岩油藏在孔隙结构和渗流机理上同砂岩油藏相比都存在很大的差别，由于天然裂缝的发育十分的不规则，裂缝的密度、长度、方位等参数都会因沉积
ABAQUS混凝土弥散开裂模型Standard模块
20.6.1 混凝土弥散开裂模型 程序：Abaqus/Standard Abaqus/CAE 参考 1、“材料库：概述”18.1.1章 2、“非弹性行为”20.1.1章 3、*混凝土 4、*拉伸硬化 5、*剪力传递 6、*破坏面比率 7、“定义混凝弥散开裂”in“定义塑性”Abaqus/CAE User's Manual 12.9.2章 概述 Abaqus/Standard中的混凝土弥散开裂模型： 1、为所有结构中的混凝土提供了普遍建模功能,包括梁，桁架，壳体和固体； 2、可以用于素混凝土，虽然其主要用于钢筋混凝土； 3、可以与钢筋（rebar）一起使用来模拟混凝土加筋； 4、被设计用于混凝土在低围压下的基本单调张拉应变的情况； 5、由各向同性硬化屈服面（压应力为主导时激活）和一个独立的“裂缝检测面”（由某点的破坏是否由于开裂导致所决定）组成。 6、用非各向同性的损伤弹性概念（弥散开裂）来描述开裂破坏后材料反应的可逆部分 7、要求使用线弹性材料模型来定义弹性性能；并不能和局部方向一起使用。(see “Orientations,” Section 2.2.5). Abaqus 中可以使用的混凝土模型的讨论见“Inelastic behavior,” Section 20.1.1, 加筋 混凝土结构的增强材料以钢筋作为典型代表，它是单轴应变理论单元（杆件），它可以单独定义或者嵌入有方向的表面。钢筋主要与塑性模型一起使用来描述钢筋材料的行为，并叠加在用来模拟混凝土的标准单元类型网格上。 使用这种建模方法，混凝土材料行为独立于钢筋材料。钢筋/混凝土的接触面连结效应，如粘结滑移和销钉作用，是通过在混凝土模型中引入某种“拉伸硬化”来近似模拟裂缝处通过钢筋的荷载转移。 在复杂问题中定义钢筋会是冗长的，但钢筋的准确定义是非常重要的，因为在模型的关键位置缺少钢筋会引起分析失败。See “Defining reinforcement,” Section 2.2.3, for more information regarding rebars. 开裂
Petrel 2014 Fracture modeling裂缝建模
Petrel2014 Fracture modeling 裂缝建模技术介绍 Petrel 平台提供了最优的一体化工作环境，用户可以对不同类型、 不同构造机制的裂缝数据进行裂缝显示、分析和整合(碳酸盐岩、页岩和基底储层的主要特征)，用于在3D 网格中明确控制裂缝随机分布的关键特征参数。裂缝网络的搭建综合了离散性裂缝和隐性裂缝，是一种去除了离散化缺陷的新的建模方法。裂缝属性采样工作流程为油藏数值模拟提供必要的裂缝参数。 Petrel 裂缝建模的基本原理是使用裂缝发育强度属性模型提取裂缝系统，将预测出的裂缝系统采样进地质模型，并计算出裂缝系统的孔隙度、渗透率、与基质的联通系数等物性参数。最终通过Petrel RE 功能进行双孔、双渗的油藏动态数值模拟研究。整个研究工作都在Petrel 一个软件平台内完成。 从裂缝建模的实现步骤上讲，Petrel 提供了从数据显示、数据分析、裂缝发育强度属性预测、裂缝建模、裂缝物性参数计算和油藏数值模拟的完整工作流。 Petrel 裂缝建模工作流程 在数据分析过程中既可以充分利用井中裂缝数据分析解释的结果，例如来自于FMI 成像测井 的成果，并可对测井解释结果进行深入分析，解释、划分裂缝类型，研究构造运动期次规律等。又可以利用地震属性分析全局构造发育规律，利用能够反映构造和断裂发育规律的地震属性体，例如蚂蚁体、曲率体、甜点体等，以及反演得到的与裂缝发育相关的信息，结合井中认识，开展井震结合的裂缝发育规律认识和预测。 数据显示 数据分析 裂缝发育强度建模 裂缝建模 裂缝模型采样和数模
在裂缝发育强度预测的过程中，充分发挥Petrel 油藏建模的强大功能，可以对前期分析得到的裂缝发育规律数据展开深入分析，认识其统计学特征，研究其各向异性，使用确定性或随机的算法建立裂缝发育强度模型。 提取地震属性体用于裂缝预测 裂缝系统将基于裂缝发育强度属性进行预测。计算的过程中可以根据发育规模对离散型大裂缝和一些隐蔽的微裂缝都进行计算和模拟，得到体现二者综合贡献的混合裂缝模型。并且可以计算出裂缝系统的孔隙度、渗透率、与基质的联通系数等物性参数。 裂缝数据显示分析 区域规律 井眼研究
I型裂纹模型(223)
/FILINAME,9(19) /TITLE,IX /PREP7 ET,1,PLANE223,11 KEYOPT,1,1,1001 KEYOPT,1,2,0 KEYOPT,1,3,0 KEYOPT,1,4,0 KEYOPT,1,9,1 KEYOPT,1,10,0 A=40 B=20 F=-1E9 V=-2E6 C11=13.9e10 C12=7.78e10 C13=7.43e10 C33=11.3e10 C66=2.56e10 C44=(C11-C12)/2 D13=-6.98 D33=13.8
D15=13.4 R11=6.04e-9 R33=5.47e-9 TB,ANEL,1,1,21,0 TBTEMP,0 TBDAT A,,C11,C13,C12 TBDAT A,,C33,C13,,,,C11 TBDAT A,,,,,C66,, TBDAT A,,C66,,C44,,, MPTEMP,,,,,,,, MPTEMP,1,0 MPDAT A,PERX,1,,R11 MPDAT A,PERY,1,,R33 MPDAT A,PERZ,1,,R11 TB,PIEZ,1,,,0 TBMODIF,1,1, TBMODIF,1,2,D13 TBMODIF,1,3, TBMODIF,2,1, TBMODIF,2,2,D33 TBMODIF,2,3, TBMODIF,3,1,
TBMODIF,3,2,D13 TBMODIF,3,3, TBMODIF,4,1,D15 TBMODIF,4,2, TBMODIF,4,3, TBMODIF,5,1, TBMODIF,5,2, TBMODIF,5,3,D15 TBMODIF,6,1, TBMODIF,6,2, TBMODIF,6,3, /PNUM,KP,1 /PNUM,LINE,1 /PNUM,AREA,1 K,1 K,2 K,3,10 K,4,A K,5,A,B K,6,0,B K,7,-A,B K,8,-A,0
ABAQUS(Explict)混凝土开裂模型翻译
混凝土开裂模型 适用模块：Abaqus/Explicit Abaqus/CAE 参考 ●“Material library: overview,” Section 18.1.1 ●“Inelastic behavior,” Section 20.1.1 ●*BRITTLE CRACKING ●*BRITTLE FAILURE ●*BRITTLE SHEAR ●“Defining brittle cracking” in “Defining other mechanical models,” Section 12.9.4 of the Abaqus/CAE User's Manual 概述 Abaqus/Explicit模块中脆性断裂模型： ●提供一种通用模型来模拟包括梁单元、桁架单元、壳单元以及实体单元在内的所有单元 形式； ●也可以用来模拟诸如陶瓷及脆性岩石的其他材料； ●用于模拟受拉开裂占主导地位的材料本构行为； ●假设受压行为是线弹性的； ●必须与线弹性模型(“Linear elastic behavior,” Section 19.2.1)同时使用，它也 定义了材料开裂前的本构行为； ●用于模拟脆性行为占主导地位的本构关系是十分准确的，基于此，假设受压行为是线弹 性的是合理的； ●该模型主要是用于钢筋混凝土结构的分析，同时也适用于素混凝土； ●基于脆性失效准则，将失效单元删除； 关于失效单元删除的内容详见“A cracking model for concrete and other brittle materials,” Section 4.5.3 of the Abaqus Theory Manual. 关于ABAQUS中可用混凝土本构模型的相关讨论参见“Inelastic behavior,” Section 20.1.1。 钢筋 ABAQUS中，混凝土结构中的钢筋是通过指定Rebar单元实现的。Rebar单元是一维应变理论单元（杆单元），既可以单独定义，也可以镶嵌在有向曲面上。关于Rebar单元的相关讨论参见“Defining rebar as an element property,” Section 2.2.4。Rebar单元特别地用来模拟钢筋的弹塑性行为，并且可叠加在用于模拟素混凝土标准单元的网格上。基于这种模拟方法，混凝土的开裂行为与Rebar是没有关系的。混凝土和钢筋之间的相互作用，例如粘结滑移、销栓作用，可以引入拉神硬化（强化）的概念来近似模拟混凝土裂缝处荷载向钢筋转移的特点。 开裂 Abaqus/Explicit中使用弥散裂缝模型来表征混凝土脆性行为的非连续性。这种方法并不关注于单个宏观裂缝，相反地，只是独立地计算有限元模型质点处的本构关系。裂缝的存在对于计算的影响在于：裂缝的存在影响质点处的应力和材料刚度。 为简化本部分讨论内容，“开裂”一词实质上代表的是一个方向——所考虑单个质点处裂缝的方向，与其最相近的物理解释为：在一个质点附近出现一系列连续的微裂缝，其方向
浅谈离散裂缝网络(DFN)模型与裂缝随机建模方法
离散裂缝网络（DFN）模型 众所周知，与储层参数（如储层孔隙度、渗透率、含油饱和度等）相比，储层内的裂缝属于离散变量，其发育具有以下两方面的独特性： 一是整个裂缝网络可能基于构造或地层，并以一个离散体形式存在，犹如横纵交错的公路网，而且并非所有裂缝都彼此相交或连通， 其连通性甚至与互相间的距离不存在直接联系；二是反映裂缝发育特征的各类参数相对复杂，同时包括了矢量性参数（如裂缝产状）与标量性参数（如裂缝密度、裂缝宽度、裂缝长 度等）。正是基于这样的特殊性，离散裂缝网络（Discrete Fracture Network，DFN）模型才得以应运而生。 与传统意义上的等效多孔介质(equivalent porous media, EPM)模型不同，DFN 模型明确定义了模拟区域内每一条裂缝的位置、产状、几何形态、尺寸、宽度以及孔渗性质等，同时对裂缝进行分组，每一组均有各自的统计学共性，因此所有裂缝在空间上既被相互独立地随机放置，又分别属于不同发育特征的裂缝组，见下图。 这种处理方式既保证了裂缝网络被当作离散对象来对待，同时各种性质的裂缝参数又都能得到充分考虑，因而为获得精确的裂缝几何模型与裂缝参数模型提供了可能。 裂缝随机建模方法 从国内公开发表的文献来看，“裂缝随机建模（Fracture stochastic Modeling）”一词是在最近1-2年才提出来的，即便在国外的公开文献中，这种提法也是比较新的，可以说是裂缝研究领域非常新的一个方向。下面笔者通过类比“储层随机建模（Reservior stochastic Modeling）”，并结合自身的一些科研经历，谈谈对于裂缝随机建模方法方面的一些不成熟想法。 综观各式文献，裂缝建模的主要宗旨可归纳为：
PETREL裂缝建模流程
Petrel 软件篇——裂缝建模Fracture Modeling 对于裂缝的认知可以帮助我们更加充分的了解和预测油藏特征。根据所建立的精确的裂缝模型，我们可以 充分了解相邻网格的空间相关性。在模型中，每一条裂缝都可以用一个面表示，Petrel 将以离散性数据形 式来描述裂缝，并建立“离散裂缝模型”。在Petrel2007 版本中，Schlumberger 与业内的领军者Golder 联手，共同为油藏裂缝建模打造完美工作流程。 裂缝建模需要多步实现，涉及到油藏描述和模拟的方方面面。其主要的宗旨是基于地质概念，充分利用基底解释、断层和成像测井的裂缝知识、通过类比野外露头建立的裂缝概念模型、可预测裂缝成因的地震属性等等，并将这些资料转换成裂缝强度等参数，建立三维的裂缝模型。 裂缝建模流程： 1．输入数据， a) 质量控制，并且显示由测井资料解释出的裂缝、由成像测井资料得到的 倾角和方位角； b) 井点资料，每个属性都可以描述裂缝的类型和质量； c) 产生蝌蚪图，用于显示倾角和方位角； d) 打开一个显示玫瑰图的窗口，将这些井点数据投放在玫瑰图上，估计裂 缝的类型； 2．如何生成蝌蚪图 a) 在Well Section上显示具有裂缝资料的井； b) 右键击一口井，选中Insert Points/tadpole panel； c) Select fracture values from points.选择裂缝值； d) 点击Apply，观察蝌蚪图； 3．数据分析 a) 产生新的点属性数据，通过Petrel计算器计算出裂缝相对于地层的倾角； b) 产生裂缝密度曲线； c) 利用玫瑰图中的提供的一些工具给裂缝单元赋值； 4．建立裂缝模型