(20)-6、《岩层控制模拟技术》实验指导书

《岩层控制模拟技术》上机实验指导书上机实验一块体的建立与节理的生成（1）要求：依据图1所示的煤层顶底板柱状图，建立块体模型，写出代码，并生成划分块体后的模型图。（提示，模型的长度可设定为160，模型高度为柱状图高度，层厚小于1m的可以累加到上一层中，模型共计16层，煤层高度四舍五入精确到小数点后1位；模型的左右边界各留设20m；在距离模型最左端20m的位置设置一条宽5m，高5m的巷道；模型从右侧开挖，每次开挖20m，共开挖100m）。newround0.1block00061.316061.31600cr04.71604.7cr06.31606.3cr01216012cr01416014cr01916019cr020.716020.7cr025.316025.3cr026.316026.3cr03016030cr034.316034.3cr035.816035.8cr04116041cr050.416050.4cr053.416053.4cr060.116060.1cr20142019cr25142519cr1401414019cr1201412019cr1001410019cr80148019cr60146019cr40144019plotblockgroupyunshurange20251419groupkw1range1201401419groupkw2range1001201419groupkw3range801001419groupkw4range60801419groupkw5range40601419saveE:\1\shiyan2.1.savsetpljpgsize19201200setoutputE:\1\shiyan2.1.jpgcopyE:\1\shiyan2.1.jpg（2）要求：调用要求（1）的模型，生成模型节理，节理方向为0°和90°，写出代码，并生成模型节理图。reE:\1\shiyan2.1.savjregionid10004.71604.71600jset001600002000rangejregion1jset90020205000rangejregion1jset90020205022rangejregion1jregionid204.706.31606.31604.7jset90020006014.7rangejregion2jregionid306.3012160121606.3jset001600002006.3rangejregion3jset90020206006.3rangejregion3jset90020206038.3rangejregion3jregionid40120141601416012jset0016000010012rangejregion4jset900101040112rangejregion4jset900101040313rangejregion4jregionid50140191601916014jset0016000010014rangejregion5jset900101020014rangejregion5jset900101020115rangejregion5jregionid6019020.716020.716019jset9001.700060019rangejregion6jregionid7020.7025.316025.316020.7jset0016000020020.7rangejregion7jset900202060020.7rangejregion7jset900202060222.7rangejregion7jregionid8025.3026.316026.316025.3jset900100040125.3rangejregion8jregionid9026.3030.016030.016026.3jset0016000020026.3rangejregion9jset900202060226.3rangejregion9jset900202060428.3rangejregion9jregionid10030034.316034.316030jset001600001.50030rangejregion10jset9001.501.5030030rangejregion10jset9001.501.50301.531.5rangejregion10jregionid11034.3035.816035.816034.3jset9001.500060034.3rangejregion11jregionid12035.80411604116035.8jset0016000020035.8rangejregion12jset900202060035.8rangejregion12jset900202060337.8rangejregion12jregionid13041050.416050.416041jset0016000030041rangejregion13jset900303070241rangejregion13jset900303070544rangejregion13jregionid14050.4053.416053.416050.4jset001600001.50050.4rangejregion14jset9001.501.5040050.4rangejregion14jset9001.501.5040151.9rangejregion14jregionid15053.4060.116060.116053.4jset0016000020053.4rangejregion15jset900202060053.4rangejregion15jset900202060355.4rangejregion15jregionid16060.1061.316061.316060.1jset9001.200050060.1rangejregion16saveE:\1\shiyan2.2.savsetpljpgsize19201200setoutputE:\1\shiyan2.2.jpgcopyE:\1\shiyan2.2.jpg

上机实验二模型网格生成与岩体参数的设定（1）要求：调用实验一的模型文件，对单元块体进行网格划分，写出代码，并生成模型网格图。reE:\1\shiyan2.2.savgenquad4range016004.7genquad4range01604.76.3genquad2range01606.312genquad2range01601214genquad2range01601419genquad2range01601920.7genquad2range016020.725.3genquad4range016025.326.3genquad4range016026.330genquad1range01603034.3genquad1range016034.335.8genquad3range016035.841genquad3range01604150.4genquad2range016050.453.4genquad2range016053.460.1genquad4range016060.161.3plotzonesaveE:\1\shiyan3.1.savsetpljpgsize19201200setoutputE:\1\shiyan3.1.jpgcopyE:\1\shiyan3.1.jpg

（2）要求：调用要求（1）的模型文件，对岩层材料和节理进行属性赋值，具体赋值参数可参考图1，请写出代码，并生成模型材料特征图。reE:\1\shiyan3.1.savchangecons3changemat1range016004.7changemat2range01604.76.3changemat3range01606.312changemat4range01601214changemat5range01601419changemat6range01601920.7changemat7range016020.725.3changemat8range016025.326.3changemat9range016026.330changemat10range01603034.3changemat11range016034.335.8changemat12range016035.841changemat13range01604150.4changemat14range016050.453.4changemat15range016053.460.1changemat16range016060.161.3propmat1d2500bulk43e9sh16e9fric30coh7.27e6ten4.59e6propmat2d2500bulk33e9sh11e9fric36.5coh13.42e6ten9.53e6propmat3d2500bulk43e9sh16e9fric30coh7.27e6ten4.59e6propmat4d2500bulk43e9sh16e9fric30coh7.27e6ten4.59e6propmat5d1400bulk15e9sh5e9fric32.4coh2.2e6ten2.33e6propmat6d2500bulk43e9sh16e9fric30coh7.27e6ten4.59e6propmat7d2500bulk50e9sh18e9fric36.5coh13.42e6ten9.53e6propmat8d2500bulk43e9sh16e9fric30coh7.27e6ten4.59e6propmat9d2500bulk50e9sh18e9fric36.5coh13.42e6ten9.53e6propmat10d2500bulk50e9sh18e9fric36.5coh13.42e6ten9.53e6propmat11d2500bulk24e9sh8e9fric32.6coh13.55e6ten9.76e6propmat12d2500bulk43e9sh16e9fric30coh7.27e6ten4.59e6propmat13d2500bulk43e9sh16e9fric30coh7.27e6ten4.59e6propmat14d2500bulk24e9sh8e9fric32.6coh13.55e6ten9.76e6propmat15d2500bulk43e9sh16e9fric30coh7.27e6ten4.59e6propmat16d2500bulk50e9sh18e9fric36.5coh13.42e6ten9.53e6changejcons2changejmat1range016004.7changejmat2range01604.76.3changejmat3range01606.312changejmat4range01601214changejmat5range01601419changejmat6range01601920.7changejmat7range016020.725.3changejmat8range016025.326.3changejmat9range016026.330changejmat10range01603034.3changejmat11range016034.335.8changejmat12range016035.841changejmat13range01604150.4changejmat14range016050.453.4changejmat15range016053.460.1changejmat16range016060.161.3propjmat1jkn10e9jks20e9jfric15jcoh0jten0propjmat2jkn10e9jks20e9jfric15jcoh0jten0propjmat3jkn10e9jks20e9jfric15jcoh0jten0propjmat4jkn10e9jks20e9jfric15jcoh0jten0propjmat5jkn5e9jks10e9jfric5jcoh0jten0propjmat6jkn10e9jks20e9jfric15jcoh0jten0propjmat7jkn12e9jks24e9jfric20jcoh0jten0propjmat8jkn10e9jks20e9jfric15jcoh0jten0propjmat9jkn12e9jks24e9jfric20jcoh0jten0propjmat10jkn12e9jks24e9jfric20jcoh0jten0propjmat11jkn8e9jks16e9jfric15jcoh0jten0propjmat12jkn10e9jks20e9jfric15jcoh0jten0propjmat13jkn10e9jks20e9jfric15jcoh0jten0propjmat14jkn8e9jks16e9jfric15jcoh0jten0propjmat15jkn10e9jks20e9jfric15jcoh0jten0propjmat16jkn12e9jks24e9jfric20jcoh0jten0plotblockmatsaveE:\1\shiyan3.2.savsetpljpgsize19201200setoutputE:\1\shiyan3.2.jpgcopyE:\1\shiyan3.2.jpg

上机实验三模型边界条件及初始应力场的合理确定（1）要求：调用实验二的模型文件，对模型定义边界条件和初始条件，写出代码，并生成最大不平衡力的变化趋势图。reE:\1\shiyan3.2.savsetgrav0-10boundstress00-7e6range01606162boundstress-5e600range159.9160.1061.3boundstress5e600range-0.10.1061.3boundyvel0.0range0160-0.10.1boundxvel0.0range-0.10.1061.3boundxvel0.0range159.9160.1061.3dampautohistunbalstep1000plothist1saveE:\1\shiyan4.1.savsetpljpgsize19201200setoutputE:\1\shiyan4.1.jpgcopyE:\1\shiyan4.1.jpg

（2）要求：调用要求（1）的模型文件，请写出代码，输出岩层y方向的应力云图。reE:\1\shiyan4.1.savplblsyyfillsaveE:\1\shiyan4.2.savsetpljpgsize19201200setoutputE:\1\shiyan4.2.jpgcopyE:\1\shiyan4.2.jpg

上机实验四模型开挖与巷道支护（1）要求：调用实验三的模型文件，开挖巷道，并对巷道打设锚杆和锚索；顶锚杆5根，间距1m，其中，中间3根垂直顶板打设，两端的顶角锚杆距帮部0.5m，倾角为15°；顶板锚索间距3m，距帮部1m，垂直顶板打设；每侧的帮锚杆4根，间距1m，垂直帮部打设；写出代码，并生成巷道开挖后的锚杆布置图。reE:\1\shiyan4.1.savdeleterangegroupyunshucable211921271291.8e-4108e4cable241924271291.8e-4108e4cable20.5192020.9693.8e-4108e4cable21.51921.521693.8e-4108e4cable22.51922.521693.8e-4108e4cable23.51923.521693.8e-4108e4cable24.5192520.9693.8e-4108e4cable20151815693.8e-4108e4cable20161816693.8e-4108e4cable20171817693.8e-4108e4cable20181818693.8e-4108e4cable25152715693.8e-4108e4cable25162716693.8e-4108e4cable25172717693.8e-4108e4cable25182718693.8e-4108e4propmat=9cb_ymod=110e9cb_dens=7500cb_yield=1e10cb_ycomp1e10propmat=10cb_kbond=110e10cb_sbond=10e6solveplblsaveE:\1\shiyan5.1.savsetpljpgsize19201200setoutputE:\1\shiyan5.1.jpgcopyE:\1\shiyan5.1.jpg

（2）要求：调用要求（1）的模型文件，请写出代码，输出巷道开挖后，岩层y方向的位移云图和y方向的应力云图。reE:\1\shiyan5.1.savplblsyyfillsaveE:\1\shiyan5.2.syy.savsetpljpgsize19201200setoutputE:\1\shiyan5.2.syy.jpgcopyE:\1\shiyan5.2.syy.jpgplblydisfillsaveE:\1\shiyan5.2.ydis.savsetpljpgsize19201200setoutputE:\1\shiyan5.2.ydis.jpgcopyE:\1\shiyan5.2.ydis.jpg（3）要求：调用要求（2）的模型文件，在顶板4.6厚的细粒砂岩中部设定一条横向观测线，然后，分5步开采煤层，每步开采20m，请写出代码，分别输出每步煤层开采后，岩层y方向的位移云图和y方向的应力云图。reE:\1\shiyan5.1.savsetpline02316023200deleterangegroupkw1 solvesaveE:\1\shiyan6.1kw1.savsetpljpgsize19201200setoutputE:\1\shiyan6.1kw1.jpgcopyE:\1\shiyan6.1kw1.jpgplblsyyfillsaveE:\1\shiyan6.1kw1syy.savsetpljpgsize19201200setoutputE:\1\shiyan6.1kw1syy.jpgcopyE:\1\shiyan6.1kw1syy.jpgplblydisfillsaveE:\1\shiyan6.1kw1ydis.savsetpljpgsize19201200setoutputE:\1\shiyan6.1kw1ydis.jpgcopyE:\1\shiyan6.1kw1ydis.jpgdeleterangegroupkw2solvesaveE:\1\shiyan6.1kw2.savsetpljpgsize19201200setoutputE:\1\shiyan6.1kw2.jpgcopyE:\1\shiyan6.1kw2.jpgplblsyyfillsaveE:\1\shiyan6.1kw2syy.savsetpljpgsize19201200setoutputE:\1\shiyan6.1kw2syy.jpgcopyE:\1\shiyan6.1kw2syy.jpgplblydisfillsaveE:\1\shiyan6.1kw2ydis.savsetpljpgsize19201200setoutputE:\1\shiyan6.1kw2ydis.jpgcopyE:\1\shiyan6.1kw2ydis.jpgdeleterangegroupkw3solvesaveE:\1\shiyan6.1kw3.savsetpljpgsize19201200setoutputE:\1\shiyan6.1kw3.jpgcopyE:\1\shiyan6.1kw3.jpgplblsyyfillsaveE:\1\shiyan6.1kw3syy.savsetpljpgsize19201200setoutputE:\1\shiyan6.1kw3syy.jpgcopyE:\1\shiyan6.1kw3syy.jpgplblydisfillsaveE:\1\shiyan6.1kw3ydis.savsetpljpgsize19201200setoutputE:\1\shiyan6.1kw3ydis.jpgcopyE:\1\shiyan6.1kw3ydis.jpgdeleterangegroupkw4solvesaveE:\1\shiyan6.1kw4.savsetpljpgsize19201200setoutputE:\1\shiyan6.1kw4.jpgcopyE:\1\shiyan6.1kw4.jpgplblsyyfillsaveE:\1\shiyan6.1kw4syy.savsetpljpgsize19201200setoutputE:\1\shiyan6.1kw4syy.jpgcopyE:\1\shiyan6.1kw4syy.jpgplblydisfillsaveE:\1\shiyan6.1kw4ydis.savsetpljpgsize19201200setoutputE:\1\shiyan6.1kw4ydis.jpgcopyE:\1\shiyan6.1kw4ydis.jpgdeleterangegroupkw5solvesaveE:\1\shiyan6.1kw5.savsetpljpgsize19201200setoutputE:\1\shiyan6.1kw5.jpgcopyE:\1\shiyan6.1kw5.jpgplblsyyfillsaveE:\1\shiyan6.1kw5syy.savsetpljpgsize19201200setoutputE:\1\shiyan6.1kw5syy.jpgcopyE:\1\shiyan6.1kw5syy.jpgplblydisfillsaveE:\1\shiyan6.1kw5ydis.savsetpljpgsize19201200setoutputE:\1\shiyan6.1kw5ydis.jpgcopyE:\1\shiyan6.1kw5ydis.jpg

（4）要求：调用要求（3）的模型文件，请写出代码，输出开采100m煤层后，细粒砂岩顶板岩层y方向的位移曲线和y方向的应力曲线。reE:\1\shiyan6.1kw2.savsetlogonprintplin1ydispprintplin1syysetlogoff

《岩层控制模拟技术》教学实验指导书实验平面应变岩层控制模型实验内容：模型架长度为1.6m，高度为1m，宽度为0.2m，请根据图1所示的岩层柱状图，铺设模型。层厚小于1m的可以累加到上一层中，模型共计16层，煤层高度四舍五入精确到小数点后1位；模型的左右边界各留设20cm；在距离模型最左端20cm的位置设置一条宽5cm，高5cm的巷道；模型从右侧开挖，每次开挖20cm，共开挖100cm。（1）模型实验台及测试技术相似材料模型实验系统模型实验台和测试及数据采集系统两部分组成，相似材料模型实验采用长×高×宽＝1.6m×1m×0.2m平面模型实验台和数字摄影测量系统。（2）相似材料配比的确定

在选取相似材料时，基于以下原则：

①模型与原型相应部分材料的主要物理力学性能相似。

②力学指标稳定，不因大气温度、湿度变化而改变力学性能。

③改变配比后，能使其力学指标大幅度变化，以便选择使用。

④制作方便，凝固时间短，便于铺设。

根据以上原则及经验，本次模型实验选择的相似材料。

骨料：普通河砂（粒径小于3mm）

胶结材料：石膏、石灰

分层材料：云母粉河砂石膏粉河砂石膏粉石灰粉云母粉石灰粉云母粉（3）相似模型参数

模型总厚度61.3m，共铺设16层煤岩层其中煤层厚度5m，取模型几何相αl=Lm/Lh=1/100，容重相似系数αγ=γm/γh=0.6，弹性模量相似系数αE=αγ×αl=1/167，模型参数见表一表一：相似模型参数表模型比例尺1/100模型岩层厚度0.05m 模型长度1.6m 模型架高度1m 时间系数1/10 容重系数0.6力学相似系数1/167模型分层方案模型分层方案的选择应严格遵守模拟地层的取舍原则：①模型的分层铺设厚度为1cm，对于模拟的地层厚度小于0.3m应综合取舍。②岩性接近的地层综合取加权平均的岩性参数。③对岩层（坚硬，软弱岩层）界面应严格确定。具体铺设模型分层方案见表二 表二：模型分层方案表岩层序号岩性名称厚度（1/100）累计厚度(1/100)分层数分层高度（cm）原型/m模型/cm原型/m模型/cm1细粒砂岩1.21.21.21.211.22泥岩6.76.77.97.933×2,0.73泥质砂岩3310.910.9134泥岩9.49.420.320.342×3,3.45泥岩5.25.225.525.532×2,1.26泥质砂岩1.51.5272711.57细粒砂岩4.34.331.431.423×1,1.38细粒砂岩3.73.7353522×1,1.79泥岩1136361110细粒砂岩4.64.640.640.623×1,1.611泥岩1.71.742.342.311.7123号煤层5547.347.323×1，213泥岩2249.349.31214泥岩5.75.7555523×1,2.715砂岩1.61.656.656.611.616泥岩4.74.761.361.323×1,1.7合计61.361.32961.3根据附图1煤层顶底板柱状图得表三