一种基于FLAC3D数值模拟的断层注浆加固效果评价方法与流程

本发明涉及煤系承压断层注浆效果评价技术领域，具体涉及一种基于flac3d数值模拟的断层注浆加固效果评价方法。

背景技术：

断层注浆加固是浆液在泵压的作用下挤压或渗透到裂隙内，浆液固结后，以固体形式充填在裂隙中并与岩体固结，这些充填的材料在岩体内形成新的网络骨架结构，网络骨架内侧则是均匀密实的岩体，形成网络骨架的充填材料具有较好的弹性黏结强度，在相同应力作用下，未注浆时岩体强度达到极限状态；而注浆后的岩体处于稳定状态，自承能有所提高。因此，注浆加固改善了岩体的宏观力学性质，提高岩体密实度及强度，使岩体延性特征进一步增强；增强了岩体抗变形能力，使岩体在大变形条件下能够保持足够的强度。

同样，对注浆效果进行评价也是及其重要的一个环节，目前对于注浆效果评价的方法主要有钻孔抽(压)水检查法、注浆前后水量比较法、取样检查法等，这些方法大多实际评价比较复杂，工程量较大，评价影响因素较多，不能更好的合理直观评价注浆效果。

技术实现要素：

1.本发明的目的

鉴于此，本发明针对断层注浆效果评价技术的不足，提供一种更能直观反映断层注浆效果的数值模拟方法。

2.本发明的技术方案

为实现上述目的，本发明一种基于flac3d数值模拟的断层注浆加固效果评价方法，该方法包括：步骤a，依据工程地质条件，建立符合实际的数值模型；步骤b，根据岩石力学性能测试结果，分别赋予注浆前和注浆后的参数条件；步骤c，对数值模型进行加载模拟，输出模型塑性破坏分布图与位移曲线；步骤d，对比注浆前后模拟结果，对注浆效果进行评价。

本发明依据工程地质条件，利用flac3d数值模拟软件建立数值分析模型，通过提高围岩的力学强度参数来模拟注浆后的岩层物理力学性质，进而对比注浆前后位移曲线与塑性破坏分布，更能直观合理的评价断层注浆加固效果，且操作简单，易于实际应用。

附图说明

此处用来说明的附图是为了对本发明的进一步解释和说明，为本申请的一部分，但并不能限定本发明。

图1为本发明基于flac3d数值模拟的断层注浆效果评价方法流程图。

图2为本发明实例某矿断层数值分析模型图。

图3为本发明实例模型注浆前、注浆后围岩塑性破坏图。

图4为本发明实例模型煤层开采时注浆前、后1煤顶板位移曲线图和煤层开采时注浆前、后1煤底板位移曲线图。

具体实施方案

下面结合附图及本发明所应用的实例，对本发明进行进一步说明。

图1为本发明基于flac3d数值模拟的断层注浆加固效果评价方法流程图。如图1所示，该方法包括：

步骤a，依据工程地质条件，建立符合实际的数值模型；

步骤b，根据岩石力学性能测试结果，分别赋予注浆前和注浆后的参数条件；

步骤c，对数值模型进行加载模拟，输出模型塑性破坏分布图与位移曲线；

步骤d，对比注浆前后模拟结果，对注浆效果进行评价。

以下结合具体实例，对上述每一步骤进行解释说明。

步骤a，依据工程地质条件，建立符合实际的数值模型。

在本发明实例中，为模拟某断层注浆后的效果，选取-536m水平为背景，断层倾角56°～75°，落差0～25m，模拟时断层倾角取70°，落差平均取10m。结合工作面走向及倾向长，模型几何尺寸选取300*100*50(m)，岩层倾角近似水平。岩体垂直应力按岩体自重应力进行计算，岩层的水平应力根据岩体泊松效应计算。

本发明实例中，模型施加渐变内部应力，模型上部岩层泊松比平均取0.22，容重平均取2200kg/m3，故模型顶部载荷为11.8mpa，底部为13.05mpa，垂向渐变系数为2.500。数值分析模型见图1。

步骤b，根据岩石力学性能测试结果，分别赋予注浆前和注浆后的参数条件。

本发明实例，主要是依靠提高围岩的力学强度参数来达到评价目的。围岩进行加固后，其力学性质基本上接近于注浆体的强度，因此，可将围岩和浆体共同胶结而成的加固体看作ⅱ类围岩，因此，数值计算时，注浆后的围岩可采用注浆体的力学参数(见表1)进行模拟。

根据工作面1煤顶底板岩性力学性能测试成果，得到模拟所用岩体物理力学参数(见表2)。

表1注浆加固体计算参数

表2岩体物理力学参数

步骤c，对数值模型进行加载模拟，输出模型塑性破坏分布图与位移曲线。

根据本发明实例资料显示，目前仅开采某断层下盘，1煤一次采全高，且1煤回采至距离断层下盘80m时停采。结合煤层实际开采情况，断层注浆加固前后1煤层开采后围岩塑性破坏图及顶底板位移曲线图见图3、图4。

步骤d，对比注浆前后模拟结果，对注浆效果进行评价。

通过对比图3a、3b可知，未注浆时采空区顶底板塑性区范围相对于注浆后较大，未注浆时，1煤开采后塑性破坏最大范围距离断层30m，由于没有注浆时断层带物质相对力学性能较差，煤层开挖后断层带出现一定的剪切破坏；断层带注浆后，1煤开采塑性破坏最大范围距离断层为35m，且断层带未出现塑性破坏，注浆前、后1煤开采后塑性破坏区域均波及不到断层带，但相对于未注浆时，注浆加固后，围岩塑性破坏区域有所减少。

由图4a可知，注浆后，顶板岩层位移量明显减少，未注浆时，1煤开采顶板最大位移在88mm左右，注浆加固后，断层下盘1煤顶板最大位移在80mm。图4b显示，未注浆时，1煤底板最大位移在9.3mm左右，注浆加固后，断层下盘1煤底板最大位移为6mm。相对于未注浆时断层下盘顶、底板岩层位移分别减少了10％和35.5％。说明注浆加固后顶、底板岩层位移明显减小，注浆加固效果较好。

另外，图4b中显示1煤开采后底板岩层的位移为正，表示底板岩层向上运移，这主要是因为煤层开采后形成采空区，上部作用于底板岩层上的应力释放，使得底板出现“底鼓”现象，但“底鼓”量较小，且注浆加固后，底板岩层“底鼓”量明显减少，进而说明注浆加固效果较好。

本发明依据工程地质条件，利用flac3d数值模拟软件建立数值分析模型，通过提高围岩的力学强度参数来模拟注浆后的岩层物理力学性质，进而对比注浆前后位移曲线与塑性破坏分布，更能直观合理的评价断层注浆加固效果，且操作简单，易于实际应用。

以上所述具体实例，对本发明的目的，过程和有益效果进行详细说明，并不用于限定本发明的限定范围，凡在本发明的精神原则之内，所做的任何修改、等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。