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元计算案例分析——采矿领域湿陷性黄土中大型槽仓三维非线性力学分析用户单位：中煤西安设计工程有限责任公司。创新点：基础和结构的多场耦合分析。山西平朔东露天煤矿是国家规划的平朔矿区三大露天煤矿之一，包括露天矿、选煤厂、铁路专用线三个单项工程：露天矿设计生产能力2000万吨/年，服务年限75年；选煤厂设计原煤处理能力2000万吨/年；铁路专用线正线长27公里，设计运输能力3250万吨/年。东露天煤矿位于宁武煤田北端，矿田勘探范围东西长4.42—5.47公里，南北宽6.53—10.3公里，面积48.73平方公里，地质储量18.49亿吨，是我国为数不多的适合露天开采的优良矿田之一。2009年1月5日，东露天煤矿正式开工建设，露天煤矿基建剥离、选煤厂地面工程等陆续开始施工。产品煤槽仓长213米，宽41.1米，高37.7-41.1米，于2009年4月20日开工，基坑土方开挖约4万m3，桩基99根，现完成10层以上锚杆、土钉、锚索喷射砼浇注。主厂房于2009年5月25日开工，独立基础混凝土浇筑、基坑回填土已完工。产品煤巷道于2009年10月18日开工，已完成掘进进尺274米。浓缩车间土方开挖1.7万m3，现底板暗道垫层完工，正在进行钢筋绑扎。机修车间及材料库累计土方开挖2.1万m3，正进行夯扩桩施工。产品煤槽仓至铁路装车站801带式输送机栈桥累计土方开挖20万m3，正进行桩基施工准备。产品煤槽仓位于黄土地层，仓底位于地下水位以下，仓体部位地基属半挖半填施工，地层含有红土软弱夹层，支护采用锚杆、锚索、钢筋网、喷混凝土、加筋土及钢筋混凝土侧墙等联合支护方式，形式多样，结构特殊，地质条件复杂，使用期间工况复杂，场地存在的大量填方、露天坑和开挖均会引起环境水文、地质条件变化，为保证工程安全，采用有限元及其编译器（FELAC）进行基础和结构的多场耦合力学分析，通过计算机仿真，用于指导设计和安全运行。本项目与中煤西安设计工程有限责任公司合作，进行了槽仓三维非线性有限元力学分析，根据原位监测成果进行反分析。其成果可用于指导国内类似工程大型槽仓的设计与施工。由于槽仓规模大，地层复杂，支护形式多样，回填部分位置变化大，支护与实体组合计算，本项目采用并行程序进行计算，用并行有限元程序生成平台有限元及其编译器（FELAC）作为程序开发平台，采用的计算方案为：黄土等主要实体结构采用固体力学弹塑性力学理论，摩尔-库伦屈服准则钢筋混凝土支撑筒、仓下暗道、挡墙和桩采用弹塑性力学理论，德鲁克-布拉格屈服准则模拟锚杆、锚索、土钉支护，锚杆采用全程胶结的杆单元理论模型，锚索采用仅仅两端胶结中间非协调变形的杆单元理论模型、土钉采用线弹性力学模型模拟钢筋混凝土支撑筒作用，钢筋混凝土支撑筒采用线弹性实体单元模拟模拟仓下暗道，暗道采用线弹性实体单元模拟模拟挡墙和桩的作用，挡墙和桩采用实体单元模拟断层和软弱夹层采用实体单元模拟模拟结构材料自重，围压作用考虑自重应力场，不考虑构造地应力实体单元全部采用精度较高的8节点六面体体单元，二阶高斯积分经过计算得到槽仓、黄土中、各支护结构内的受力、变形、塑性区分布槽仓三维非线性有限元分析