ICS73.020CCS04GRMT/GRM057.2—2025非煤巖巖爆傾向性評(píng)價(jià)規(guī)范2RegulationforRockburstPronenessEvaluationofNon-coalRocks—Part2:Numericalsimulationmethodandmaterialmodelparametercalibration2025-02-24發(fā)布 2025-02-25實(shí)施中關(guān)村綠色礦山產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟??發(fā)布T/GRM057.2T/GRM057.2—2025PAGE\*ROMANPAGE\*ROMANII目 次前言 II范圍 1規(guī)范性引用文件 1術(shù)語(yǔ)和定義 1總則 2巖爆模擬問(wèn)題分析 4數(shù)值模型幾何分析 4數(shù)值模擬方法與軟件 4建模及網(wǎng)格劃分 5本構(gòu)模型及參數(shù)標(biāo)定 5初始化和邊界條件 6模型驗(yàn)證 7巖爆傾向性預(yù)測(cè)模擬 7附錄A（資料性） 基于FLAC3D巖爆傾向性數(shù)值模擬案例 8附錄B（資料性） 基于LS-DYNA巖爆傾向性數(shù)值模擬案例 11附錄C（資料性） 基于PFC3D巖爆傾向性數(shù)值模擬案例 14附錄D（資料性） 巖爆數(shù)值模擬軟件基本情況 18前 言本文件按照GB/T1.1—2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則 第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的規(guī)定起草。請(qǐng)注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機(jī)構(gòu)不承擔(dān)識(shí)別專利的責(zé)任。本文件由中關(guān)村綠色礦山產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟提出并歸口。本文件主要起草人：陶明、洪志先、趙華濤、劉愷、劉玉龍、周健、顧合龍、杜坤、王棟、趙瑞、王少鋒、吳秋紅、向恭梁、羅豪。T/GRM057.2T/GRM057.2—2025PAGEPAGE10非煤巖巖爆傾向性評(píng)價(jià)規(guī)范第2部分：數(shù)值模擬方法與材料模型參數(shù)標(biāo)定范圍規(guī)范性引用文件（包括所有的修改單適用于本文件。T/GRM057.1—2023非煤巖巖爆傾向性評(píng)價(jià)規(guī)范第1部分：室內(nèi)指標(biāo)測(cè)定及等級(jí)分類DZ/T0276.18-2015巖石物理力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)規(guī)程第18部分：巖石單軸抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)GB/T50266-2013工程巖體試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)MT223-1990煤和巖石滲透率測(cè)定方法GBT50218-2014工程巖體分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)術(shù)語(yǔ)和定義下列術(shù)語(yǔ)和定義適用于本文件。非煤巖Non-coalrock指不含煤層或煤質(zhì)成分的巖石，常見(jiàn)于非煤礦山及地下工程圍巖。巖爆傾向性數(shù)值模擬Numericalsimulationforrockburstproneness利用數(shù)值分析方法，建立巖體模型并施加初始應(yīng)力、邊界條件及開(kāi)挖過(guò)程，預(yù)測(cè)和評(píng)估地下工程圍巖巖爆風(fēng)險(xiǎn)。巖爆傾向性預(yù)測(cè)Rockburstpronenessprediction連續(xù)模擬方法 Continuumsimulationmethod用于模擬假定具有連續(xù)特性材料，在承載荷載的過(guò)程中力學(xué)行為變化的數(shù)值模擬方法。不連續(xù)模擬方法 Discontinuumsimulationmethod用于模擬具有不連續(xù)面結(jié)構(gòu)材料，在承受荷載的過(guò)程中力學(xué)行為變化的數(shù)值模擬方法?；旌夏M方法 Hybridsimulationmethod用于模擬材料在復(fù)雜荷載和環(huán)境因素下，同時(shí)表現(xiàn)出連續(xù)和離散力學(xué)行為的數(shù)值模擬方法。有限元法 FiniteelementmethodFEM有限差分法 FinitedifferencemethodFDM離散元法 DiscreteelementmethodDEM邊界元法 BoundaryelementmethodBEM不連續(xù)變形分析法 DiscontinuousdeformationanalysisDDA研究巖體和結(jié)構(gòu)在受力狀態(tài)下的不連續(xù)變形行為的數(shù)學(xué)方法。注：DDA法通過(guò)將復(fù)雜巖體或結(jié)構(gòu)劃分為多個(gè)塊體，分析塊體在外力作用下的滑動(dòng)、旋轉(zhuǎn)和分離等運(yùn)動(dòng)和相互作用。離散裂隙網(wǎng)格法 DiscretefracturenetworkDFN應(yīng)力初始化 Stressinitialization為反應(yīng)介質(zhì)在實(shí)際地質(zhì)條件下的應(yīng)力狀態(tài)而對(duì)模型施加初始應(yīng)力的行為。注：應(yīng)力初始化確保模型在模擬過(guò)程中準(zhǔn)確模擬工程活動(dòng)引起的應(yīng)力變化和材料響應(yīng)。彈性應(yīng)變能密度 ElasticstrainenergydensityESED巖石承受外部荷載發(fā)生彈性變形時(shí)，單位體積儲(chǔ)存的應(yīng)變能。總則模擬流程非煤巖巖爆傾向性預(yù)測(cè)數(shù)值模擬過(guò)程及材料模型參數(shù)標(biāo)定，可遵循如圖1所示系統(tǒng)性流程。該流程分為前期準(zhǔn)備和數(shù)值模擬階段，可按下列步驟執(zhí)行：前期準(zhǔn)備可按下列步驟執(zhí)行：數(shù)值模擬可按下列步驟執(zhí)行：圖1 巖爆傾向性預(yù)測(cè)數(shù)值模擬流程圖資料數(shù)據(jù)數(shù)值模擬精度巖爆模擬問(wèn)題分析巖爆模擬前，明確巖爆模擬問(wèn)題。包括下列目標(biāo)：巖爆綜合分析：按模擬結(jié)果和工程實(shí)際情況，對(duì)巖爆綜合分析和評(píng)估，提出防治措施和建議，為工程安全提供科學(xué)依據(jù)。數(shù)值模型幾何分析數(shù)值模型幾何分析按下列步驟執(zhí)行：根據(jù)研究對(duì)象確定巖爆影響區(qū)域，設(shè)置合理邊界條件，以減小開(kāi)挖區(qū)對(duì)邊界效應(yīng)的影響；分析地層結(jié)構(gòu)的影響，構(gòu)建不同巖層的分布和厚度；分析不連續(xù)面的影響，明確裂隙網(wǎng)絡(luò)和斷層的幾何特征和分布；確定開(kāi)挖順序和步驟，分析逐步開(kāi)挖對(duì)巖體影響；評(píng)估支護(hù)結(jié)構(gòu)，評(píng)估其對(duì)巖爆傾向性影響。數(shù)值模擬方法與軟件連續(xù)模擬方法與軟件限差分法軟件可包括FLAC2D、FLAC3D（相關(guān)案例可參考附錄A），邊界元軟件可包括Examine、Map3DNon-Linear（Map3D），有限元軟件包括ANSYS、LS-DYNA（相關(guān)案例可參考附錄B）、ABAQUS、COMSOLMultiphysics、ADINA、PLAXIS2D、PLAXIS3D、RS2(Phase2)/RS3。不連續(xù)模擬方法與軟件混合模擬方法與軟件BEM常用巖爆傾向性數(shù)值模擬軟件基本情況見(jiàn)附錄表D。建模及網(wǎng)格劃分?jǐn)?shù)值模型建立構(gòu)；擬結(jié)果全面反映巖爆災(zāi)害實(shí)際情況；RhinoSolidWorksAUTOCAD等軟件初步建模，通過(guò)數(shù)據(jù)接口導(dǎo)入模擬軟件中進(jìn)行后續(xù)處理。網(wǎng)格劃分網(wǎng)格劃分時(shí)，按下列因素確定：網(wǎng)格質(zhì)量：確保網(wǎng)格質(zhì)量良好，避免出現(xiàn)畸形、扭曲或過(guò)度變形的網(wǎng)格；計(jì)算資源：平衡計(jì)算精度和資源消耗，確保計(jì)算在可接受時(shí)間內(nèi)完成；漸變網(wǎng)格：采用漸變網(wǎng)格，遠(yuǎn)離關(guān)鍵區(qū)域的網(wǎng)格尺寸適當(dāng)增大。Griddle和HyperMesh等專業(yè)網(wǎng)格剖分軟件進(jìn)行模型切割。本構(gòu)模型及參數(shù)標(biāo)定非煤巖本構(gòu)模型應(yīng)力狀態(tài)：巖石開(kāi)挖過(guò)程中的應(yīng)力路徑和應(yīng)力狀態(tài)；裂隙和缺陷：分析巖石中的裂隙和缺陷對(duì)力學(xué)行為的影響，選擇能模擬特征的模型；應(yīng)變速率：巖石在高應(yīng)變速率下的動(dòng)態(tài)響應(yīng)；溫度和濕度影響：分析環(huán)境條件對(duì)巖石力學(xué)性能的影響。非煤巖巖石可采用Mohr-CoulombHoek-BrownDrucker-PragerMohr-CoulombLS-DYNAHolmquist-Johnson-Cook(HJCContinuousSurfaceCapModel(CSCM)本構(gòu)模型可運(yùn)用于模擬脆性材料在高應(yīng)變率荷載作用下的動(dòng)態(tài)力學(xué)響應(yīng)。非煤巖參數(shù)標(biāo)定巖石材料參數(shù)可通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)、反演分析和文獻(xiàn)參考等方式獲得。室內(nèi)試驗(yàn)非煤巖基本力學(xué)參數(shù)采用下列室內(nèi)試驗(yàn)方法獲?。?jiǎn)屋S壓縮試驗(yàn)：用于測(cè)定巖石單軸抗壓強(qiáng)度和彈性模量。通過(guò)加載試樣直至破壞，記錄應(yīng)力-應(yīng)變曲線。按DZ/T0276.18和GB/T50266的有關(guān)規(guī)定執(zhí)行；50266的有關(guān)規(guī)定執(zhí)行；50266的有關(guān)規(guī)定執(zhí)行；GB/T50266的有關(guān)規(guī)定執(zhí)行；MT/T223的有關(guān)規(guī)定執(zhí)行。現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)獲取非煤巖原位力學(xué)參數(shù)采用下列現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)方法獲?。篏B/T50266的有關(guān)規(guī)定執(zhí)行；巖體質(zhì)量測(cè)試：用于評(píng)估巖體結(jié)構(gòu)面特征和質(zhì)量級(jí)別。按GB/T50218的有關(guān)規(guī)定執(zhí)行；地震波速測(cè)試：測(cè)定巖體縱波和橫波速度，推算巖石動(dòng)力學(xué)參數(shù)。按GB/T50266的有關(guān)規(guī)定執(zhí)行；GB/T50266的有關(guān)規(guī)定執(zhí)行。文獻(xiàn)參考非煤巖參數(shù)標(biāo)定可采用文獻(xiàn)參考方法。模型參數(shù)標(biāo)定可按下列步驟執(zhí)行：不確定性評(píng)估：確定參數(shù)值時(shí)，分析不確定性并在后續(xù)分析和模型中體現(xiàn)。初始化和邊界條件初始化邊界條件下列邊界條件根據(jù)研究對(duì)象在實(shí)際工程中的環(huán)境設(shè)定：固定邊界條件：節(jié)點(diǎn)位移為零，用于模擬不可移動(dòng)的邊界；自由邊界條件：無(wú)約束的邊界，允許節(jié)點(diǎn)自由運(yùn)動(dòng)；施加應(yīng)力邊界條件：在邊界節(jié)點(diǎn)上施加特定應(yīng)力，模擬外部荷載作用；對(duì)稱邊界條件：用于模擬幾何和載荷對(duì)稱情況，減少計(jì)算區(qū)域；周期性邊界條件：用于模擬重復(fù)性結(jié)構(gòu)，邊界上的節(jié)點(diǎn)位移在一個(gè)周期內(nèi)重復(fù)；無(wú)反射邊界：用于消除邊界反射波，模擬無(wú)限大介質(zhì)的效果。模型驗(yàn)證數(shù)值模擬方法、巖石本構(gòu)模型及參數(shù)驗(yàn)證室內(nèi)力學(xué)試驗(yàn)對(duì)比，可采用下列驗(yàn)證方式：（微震監(jiān)測(cè)對(duì)比，可采用下列驗(yàn)證方式：在工程現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行微震監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)記錄巖爆事件及其特征；現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量與數(shù)值模擬對(duì)比，可采用下列驗(yàn)證方式：在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量開(kāi)挖損傷區(qū)范圍、巖體變形等特征值，反映開(kāi)挖活動(dòng)對(duì)巖體的實(shí)際影響；文獻(xiàn)驗(yàn)證，可采用下列驗(yàn)證方式：查閱已有文獻(xiàn)中的試驗(yàn)/現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)結(jié)果，與當(dāng)前研究條件相似的案例；將結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果對(duì)比，驗(yàn)證數(shù)值模擬方法和本構(gòu)參數(shù)的有效性。模型網(wǎng)格尺寸分析根據(jù)非煤巖巖體平均礦物顆粒尺寸，框定合理的網(wǎng)格尺寸范圍；遵循等差數(shù)列的精密邏輯，挑選出多組不同尺寸的網(wǎng)格，逐一進(jìn)行數(shù)值模擬驗(yàn)證；完成上述多組模擬后，對(duì)比不同網(wǎng)格尺寸下模型的數(shù)值結(jié)果；發(fā)現(xiàn)連續(xù)兩組網(wǎng)格尺寸模擬結(jié)果之間差異不超過(guò)5%的閾值時(shí)，可認(rèn)為兩個(gè)網(wǎng)格尺寸構(gòu)成的區(qū)間內(nèi)，網(wǎng)格尺寸選擇科學(xué)合理。巖爆傾向性預(yù)測(cè)模擬完成數(shù)值驗(yàn)證流程后，可采用經(jīng)驗(yàn)驗(yàn)證數(shù)值模擬方法和材料本構(gòu)參數(shù)，對(duì)擬研究的非煤巖巖爆問(wèn)題模擬研究。模擬宜包括前處理、求解計(jì)算和后處理。模型求解完成后，可通過(guò)后處理工具查看并分析模擬結(jié)果?？砂ㄉ煽锥粗苓厧r體彈性應(yīng)變能、應(yīng)力、應(yīng)變、變形及位移的云圖，以及提取單元或節(jié)點(diǎn)上變量時(shí)程曲線。開(kāi)源軟件環(huán)境中，可通過(guò)二次開(kāi)發(fā)編程獲取模型應(yīng)變能、應(yīng)變能密度等巖爆參數(shù)。獲取模型能量、應(yīng)力、應(yīng)變能等變量數(shù)據(jù)后，按T/GRM057.1-2023中的巖爆強(qiáng)度理論判據(jù)或能量理論判據(jù)，對(duì)非煤巖巖爆類型、烈度及潛在發(fā)生位置評(píng)估。數(shù)值模型構(gòu)建

附 錄 A（資料性）基于FLAC3D巖爆傾向性數(shù)值模擬案例構(gòu)建尺寸為100m×50m×100m（長(zhǎng)×寬×高）數(shù)值計(jì)算模型，中間部位有直徑10m、單循環(huán)進(jìn)尺5m的圓形隧道。模型幾何特征及初始應(yīng)力條件如圖A.1所示。圖A.1FLAC3D數(shù)值計(jì)算模型模型網(wǎng)格劃分為了加強(qiáng)對(duì)隧道附近巖體力學(xué)響應(yīng)的分析，對(duì)模型中心32m×32m范圍進(jìn)行網(wǎng)格加密，實(shí)現(xiàn)對(duì)該地質(zhì)條件的準(zhǔn)確有效模擬。設(shè)置初始條件和設(shè)定邊界條件15MPaY方向的水平應(yīng)力分別為垂直應(yīng)力的0.8和1.2倍，模型四周和底部采用位移限定邊界。本構(gòu)模型選取在FLAC3DMohr-Coulomb模型等。不同本構(gòu)模型需根據(jù)研究?jī)?nèi)容和研究對(duì)象的特點(diǎn)來(lái)決定。Mohr-Coulomb?=?+??tan(?) (A.1)式中：τ是剪切應(yīng)力，c是內(nèi)聚力，σ是正應(yīng)力，φ是內(nèi)摩擦角非煤巖力學(xué)參數(shù)獲取在FLAC3D軟件中選取Mohr-Coulomb數(shù)值模型求解流程在使用FLAC3D進(jìn)行非巖爆模擬時(shí)通常采用以下步驟：構(gòu)建模型并劃分網(wǎng)格FLAC3D巖體力學(xué)參數(shù)賦值Mohr-Coulomb模型的模擬，需要設(shè)置材料的內(nèi)聚力和內(nèi)摩擦角。設(shè)置邊界條件定義加載方案設(shè)置計(jì)算參數(shù)設(shè)置FLAC3D求解模型FLAC3D模擬結(jié)果驗(yàn)證在進(jìn)行巖爆模擬后，驗(yàn)證模擬結(jié)果的方法通常可以考慮以下幾個(gè)步驟：現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)驗(yàn)證數(shù)據(jù)對(duì)比分析靈敏度分析專家評(píng)估和經(jīng)驗(yàn)驗(yàn)證巖爆傾向性判定監(jiān)測(cè)巖體應(yīng)力變化巖爆通常是由于巖體內(nèi)部應(yīng)力超限，因此通過(guò)監(jiān)測(cè)巖體的應(yīng)力變化，分析巖體中應(yīng)力集中的區(qū)域，觀察塑性破壞區(qū)域分析巖體位移和變形驗(yàn)證與比對(duì)將模擬結(jié)果與實(shí)際觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)和驗(yàn)證，從而判定巖爆發(fā)生的可能性。圖A.2巷道圍巖力學(xué)響應(yīng)情況數(shù)值模型構(gòu)建

附 錄 B（資料性）基于LS-DYNA巖爆傾向性數(shù)值模擬案例采用HyperMesh軟件構(gòu)建地下巷道開(kāi)挖模型，模型尺寸及受力情況如圖B.1所示。圖B.1LS-DYNA數(shù)值計(jì)算模型模型網(wǎng)格劃分按照2m×2m×2m尺寸劃分六面體網(wǎng)格單元，可實(shí)現(xiàn)對(duì)該地質(zhì)條件的有效模擬。設(shè)置初始條件和邊界條件設(shè)定20MPa本構(gòu)模型選取在LS-DYNA材料數(shù)據(jù)庫(kù)中，模擬巖石常用的本構(gòu)模型主要有Riedel-Hiermaier-Thoma模型（RHT）、Johnson-Holmquist（JH）模型等。不同本構(gòu)模型需根據(jù)研究?jī)?nèi)容和研究對(duì)象的特點(diǎn)來(lái)決定。RHT模型RHT本構(gòu)考慮了材料強(qiáng)度與壓力、應(yīng)變速率的關(guān)系、材料的損傷與失效、多孔隙特征以及裂紋擴(kuò)展與破碎，材料參數(shù)可通過(guò)理論分析、三軸壓縮試驗(yàn)和文獻(xiàn)參考確定。JH模型巖體力學(xué)參數(shù)獲取在LS-DYANA軟件中選RHT本構(gòu)模型進(jìn)行模擬時(shí)，需要選取適當(dāng)?shù)膸r體力學(xué)參數(shù)，該模型包括38個(gè)基實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析現(xiàn)有文獻(xiàn)和標(biāo)準(zhǔn)敏感性分析工程經(jīng)驗(yàn)數(shù)值模型求解流程在使用LS-DYNA進(jìn)行工程地質(zhì)模擬時(shí)通常采用以下的步驟逐一進(jìn)行。幾何建模利用HyperMesh軟件建立模擬對(duì)象的幾何模型，然后導(dǎo)出為L(zhǎng)S-DYNA支持的格式（.k文件類型）。網(wǎng)格劃分幾何模型創(chuàng)建后，將其離散化為有限元網(wǎng)格。網(wǎng)格劃分的質(zhì)量直接影響計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性和效率。通常使用前處理軟件HyperMesh或ANSA進(jìn)行網(wǎng)格劃分，并導(dǎo)出為L(zhǎng)S-DYNA可以讀取的格式。材料定義在LS-DYNA中，需要定義材料的物理和力學(xué)性質(zhì)。這包括材料模型（如彈性、塑性、粘彈性等）和相關(guān)參數(shù)（如密度、彈性模量、屈服應(yīng)力等）。材料定義在.k文件中通過(guò)*MAT卡片完成。邊界條件和載荷定義在模型中施加邊界條件和外部載荷。這包括固定邊界、對(duì)稱邊界、位移邊界等，以及外力、壓力、重力等載荷。邊界條件和載荷在.k文件中通過(guò)*BOUNDARY和*LOAD卡片定義。接觸定義LS-DYNA（如顯式接觸、隱式接觸），通過(guò)*CONTACT卡片進(jìn)行定義?？刂茀?shù)設(shè)置輸入文件準(zhǔn)備前處理完成后，所有信息都包含在.k文件中。將.k文件準(zhǔn)備好，作為L(zhǎng)S-DYNA求解的輸入文件。運(yùn)行LS-DYNA求解器通過(guò)命令行或圖形界面運(yùn)行LS-DYNA求解器。求解結(jié)束求解完成后，LS-DYNA會(huì)生成一系列結(jié)果文件，包含模擬的詳細(xì)信息。常見(jiàn)的結(jié)果文件包括d3plot(位移和應(yīng)力應(yīng)變分布)、d3plotaa(重啟動(dòng)結(jié)果)等。巖爆傾向性判定監(jiān)測(cè)巖體有效應(yīng)力變化觀察有效應(yīng)變區(qū)域分析圍巖位移和變形驗(yàn)證與比對(duì)將模擬結(jié)果與實(shí)際觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)和驗(yàn)證，從而判定巖爆發(fā)生的可能性。圖B.2巷道圍巖力學(xué)響應(yīng)情況模擬結(jié)果驗(yàn)證模擬結(jié)果驗(yàn)證參考附錄A中基于FLAC3D模擬巖爆傾向性內(nèi)容數(shù)值模型構(gòu)建

附 錄 C（資料性）基于PFC3D巖爆傾向性數(shù)值模擬案例圖C.1PFC2D數(shù)值計(jì)算模型初始應(yīng)力平衡PFC運(yùn)行初始平衡模擬檢查和調(diào)整PFC再次驗(yàn)證多次迭代：在必要時(shí)重復(fù)迭代求解過(guò)程，直到系統(tǒng)達(dá)到滿意的靜態(tài)平衡狀態(tài)；最終確認(rèn)：確認(rèn)系統(tǒng)的動(dòng)能和未平衡力都已足夠小，保證初始狀態(tài)真正的靜態(tài)平衡；微觀參數(shù)標(biāo)定在PFC中對(duì)巖石參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定是關(guān)鍵步驟，可確保模擬結(jié)果能夠精確反映巖石的真實(shí)行為。參數(shù)標(biāo)收集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)補(bǔ)充數(shù)據(jù)：根據(jù)需要，收集巖石疲勞特性、裂隙擴(kuò)展速度、破碎能量等額外數(shù)據(jù)。建立初步模型幾何建模：在PFC中建立代表巖石試樣的簡(jiǎn)化模型。初步模型應(yīng)該簡(jiǎn)化實(shí)際巖石的復(fù)雜性，但需保留關(guān)鍵的幾何特征和加載條件；構(gòu)。定義材料屬性和接觸模型選擇接觸模型：根據(jù)巖石類型和預(yù)期的破壞模式選擇合適的接觸模型（如黏結(jié)模型（PBM）、滑移模型（SJM）等）；初步參數(shù)設(shè)置：設(shè)置材料顆粒密度、彈性模量、接觸剛度、黏結(jié)強(qiáng)度等初始參數(shù)。進(jìn)行校準(zhǔn)模擬模擬試驗(yàn)：使用PFC執(zhí)行單軸壓縮、直接拉伸、剪切力學(xué)實(shí)驗(yàn)，記錄模擬結(jié)果；調(diào)整參數(shù)：對(duì)比模擬與實(shí)驗(yàn)結(jié)果，調(diào)整巖石參數(shù)，以更好地匹配實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。微觀參數(shù)標(biāo)定完成之后，將這些參數(shù)輸入到非煤巖巖爆模型中。數(shù)值模擬的模型采用平行鏈接鍵，模型的材料參數(shù)及取值見(jiàn)表C.1表C.1模型參數(shù)及取值微參數(shù)數(shù)值rato0.3縫隙單元摩擦,φB0.9狹縫摩擦,φS0.1接觸元素,N2c35顆粒和粘結(jié)的法向與剪切剛度之比,η1.5粘結(jié)抗拉強(qiáng)度,σb1(MPa)8.7粘結(jié)強(qiáng)度,cb1(MPa)50.5施加邊界條件正確施加邊界條件是PFC2D模擬巖爆的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。邊界條件對(duì)模擬的實(shí)際應(yīng)力分布、應(yīng)力集中區(qū)域及其動(dòng)態(tài)響應(yīng)有重大影響。以下是施加邊界條件的基本步驟，特別是針對(duì)巖爆模擬特定要求：定義模擬范圍與邊界設(shè)置初始應(yīng)力狀態(tài)巖爆通常與高地應(yīng)力狀態(tài)有關(guān)，因此需要準(zhǔn)確地在模型中施加初始應(yīng)力。初始應(yīng)力一般通過(guò)wall施加，控制wall的運(yùn)動(dòng)給模型施加水平和垂直方向的應(yīng)力。模擬動(dòng)力擾動(dòng)為了模擬巖爆的觸發(fā)條件，模擬開(kāi)挖作業(yè)或其他形式的動(dòng)力擾動(dòng)。Balldelete模擬爆破或動(dòng)態(tài)擾動(dòng)：可以使用Ballvelocity命令給予顆粒初速度，模擬爆破引起的動(dòng)態(tài)效應(yīng)。求解初始化模型時(shí)間步設(shè)置時(shí)間步的重要性：PFC中的求解是基于時(shí)間步進(jìn)的迭代過(guò)程。時(shí)間步的大小決定了求解的穩(wěn)定性和精確度。時(shí)間步太大可能導(dǎo)致計(jì)算不穩(wěn)定，太小則會(huì)使計(jì)算過(guò)程不必要地延長(zhǎng)；自動(dòng)時(shí)間步調(diào)整：PFC提供了自動(dòng)時(shí)間步調(diào)整功能，可以根據(jù)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)自動(dòng)調(diào)整時(shí)間步的大小。這一功能可以通過(guò)命令modeltimestepauto荷載計(jì)算接觸力：PFC中力主要是接觸力，包括正應(yīng)力和切應(yīng)力。這些力基于顆粒之間的相互作用，如碰撞和摩擦；外部力：除了接觸力外，還會(huì)施加外部力，如重力、邊界荷載等。接觸檢測(cè)檢測(cè)機(jī)制：為了計(jì)算顆粒間的力，必須首先檢測(cè)哪些顆粒之間存在接觸。PFC使用高效的空間劃分技術(shù)來(lái)檢測(cè)和處理接觸。運(yùn)動(dòng)方程求解積分方程：使用牛頓第二定律，PFC計(jì)算每個(gè)顆粒的加速度，然后根據(jù)加速度更新顆粒的速度和位置；迭代求解：這一過(guò)程在每個(gè)時(shí)間步內(nèi)重復(fù)進(jìn)行，直到模擬完成。數(shù)據(jù)更新與輸出結(jié)果輸出：在整個(gè)求解過(guò)程中，可以設(shè)定特定的時(shí)間點(diǎn)保存或輸出模擬結(jié)果，如顆粒的位置、速度、應(yīng)力等；監(jiān)控與調(diào)整：可以使用PFC的FISH腳本語(yǔ)言進(jìn)行求解過(guò)程中的實(shí)時(shí)監(jiān)控和參數(shù)調(diào)整。模擬結(jié)束后處理數(shù)據(jù)收集與整理PFC視覺(jué)化分析PFC（Excel、Python）生成應(yīng)力-應(yīng)變圖、位移圖和其他有助于分析的圖表；結(jié)果解釋與分析識(shí)別破碎區(qū)域：識(shí)別并分析巖體中的破碎區(qū)域，理解巖爆的發(fā)生位置和范圍；評(píng)估動(dòng)態(tài)響應(yīng)：分析巖體對(duì)模擬中施加的動(dòng)態(tài)擾動(dòng)（如開(kāi)挖、爆破等）的響應(yīng)。比較與驗(yàn)證與理論和實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較：將模擬結(jié)果與現(xiàn)有的理論分析、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)或其他模擬研究進(jìn)行比較，以驗(yàn)證模擬的準(zhǔn)確性和可靠性；優(yōu)化與改進(jìn)建議實(shí)施：基于模擬結(jié)果提出實(shí)際的巖爆防治措施和優(yōu)化建議圖C.2開(kāi)挖過(guò)程中巷道表面發(fā)生巖爆通過(guò)這些后處理步驟，可以充分利用PFC模擬巖爆的結(jié)果，為地下工程提供科學(xué)的決策支持和技術(shù)指導(dǎo)。圖C.2為在逐步開(kāi)挖過(guò)程中，巷道表面發(fā)生巖爆，可以明顯的觀察到巖爆發(fā)生的位置。結(jié)果驗(yàn)證附 錄 D（資料性）巖爆數(shù)值模擬軟件基本情況表D.1巖爆數(shù)值模擬軟件數(shù)值模擬方法計(jì)算原理軟件/代碼名稱開(kāi)發(fā)公司/作者特點(diǎn)連續(xù)方法有限元(FEM)ANSYSANSYS,Inc.能夠處理復(fù)雜的材料行為，包括巖石的非線性破裂和破壞過(guò)程LS-DYNALSTC可執(zhí)行復(fù)雜的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)分析，在處理高速?zèng)_擊和破壞問(wèn)題（如巖爆）方面表現(xiàn)出色ABAQUSDassaultSystèmes適用于從簡(jiǎn)單的線性分析到復(fù)雜的非線性模擬，其強(qiáng)大的材料模型和斷裂模擬能力非常適合進(jìn)行巖爆研究RFPA2D,RFPA3DMechsoftFEM擬巖石在不同應(yīng)力條件下的變形和破裂過(guò)程，可以反映巖石材料在介觀尺度上的異質(zhì)性，通過(guò)Weibull分布描述材料屬性的不均勻性COMSOLMultiphysicsCOMSOLInc.支持多種材料模型如Hoek-BrownDrucker-Prager巖石在不同應(yīng)力條件下的變形和破壞過(guò)程，結(jié)合流體流動(dòng)、熱傳導(dǎo)和固體力學(xué)等多種物理場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)全耦合分析，精確模擬巖體破壞過(guò)程中的水力和熱力效應(yīng)ADINAADINAR&D,Inc.能夠處理復(fù)雜的幾何形狀和材料行為，適用于靜態(tài)和動(dòng)態(tài)載荷條件下的分析PLAXIS2D,PLAXIS3DPLAXIS專用于巖土工程中復(fù)雜地質(zhì)問(wèn)題的模擬和分析，具備強(qiáng)大的非線性材料模型、動(dòng)態(tài)分析、裂隙擴(kuò)展和破裂模擬能力RS2(Phase2),RS3Rocscience分別用于二維和三維巖土工程問(wèn)題的模擬和分析。RS2（Phase2）道和地下開(kāi)挖等工程中的應(yīng)力和變形，具備非線性材料模型和穩(wěn)態(tài)/瞬態(tài)滲流分析功能。RS3RS2問(wèn)題，包括大型地下結(jié)構(gòu)、采礦工程和地質(zhì)災(zāi)害模擬，提供高精度的應(yīng)力、變形、穩(wěn)定性和流體流動(dòng)分析有限差分法(FDM)FLAC,FLAC3DItascaConsultingGroup,Inc.分別用于二維和三維巖土工程及地質(zhì)工程問(wèn)題的數(shù)值模擬，能夠分析土壤、巖石等材料在靜態(tài)和動(dòng)態(tài)條件下的力學(xué)行為邊界元(BEM)ExamineMap3DNon-LinearRocscienceMap3D通過(guò)對(duì)