20地下工程施工過程模擬

1、地下工程施工過程模擬,問題的描述,中心,劇,圈,代表隧道模型，考慮圣維南原理，取周圍巖土,的尺寸為隧道的,5,6,倍，隧道深度,50m,隧洞開挖一次完,成，并且同時增加支護，不考慮土體的非線性,L,13 _, 28.9,13,CM,1,H,r 12,LO,O,CO,00,地下工程施工過程模擬,_,_,_,_,_,_,_,_,_,_,_,_,_,支護，彈性模量,E=3e4MPa,泊松比,v=0.2,密度,2700Kg/m3,土體，彈性模量,E=2.5e2MPa,泊松比,v=0.32,密度,2200Kg/m3,幾何常數(shù)：支護厚度,0,4m,外部載荷：只考慮自重作用,單元選取,Shell63,單元用

2、于模擬支護,Solid45,單元用于,模擬,圍,巖結(jié)構(gòu),求解流程,前期,工作,初始地應(yīng),力模擬,求解,Step 1,地下工程施工過程模擬,_,_,_,_,_,_,_,_,_,_,_,_,_,施,加,約,束,劃,分,網(wǎng),格,建,立,模,型,約,束,死,單,元,殺,死,支,護,單,元,施,加,重,力,荷,載,設(shè),置,材,料,屬,性,地下工程施工過程模擬,整體模型,土體單元,材料,2,和材料,3,的性能是一樣的,但,是這里以不同的材料編號區(qū),分剩,余土體和挖去土體，目的,是為后,面方便地選擇被挖去的,隧洞外巖體,材料,2,開挖巖體,材料,3,支護,材料,1,地下工程施工過程模擬,初始地應(yīng)力模擬,1,

3、施加邊界條件：模型除頂面自由外,其余,5,個面施加,法向約束,2,施加重力加速度,3,打開大位移效果,nlgeom,on,4,設(shè)定完全牛頓,拉夫森迭代法則,nropt,full,5,選擇支護單元，然后將其殺死,6,選擇不與活單元連接的死單元上的節(jié),點，約束其位移，使其不漂移,esel,s,live,選擇活動單元,nsle,s,選擇單元上的節(jié)點,nsel,invert,選擇死單元上的節(jié)點,d,all,all,約束其位移，使其不漂移,ELEMENTS,MAT,NUM,地下工程施工過程模擬,開挖模擬,選擇將要挖去的巖土單元，然后將其殺死,一,esel,s,mat,3,ekill,all,支護模擬,選

4、擇挖去巖石單元對應(yīng)的支護殼單元，將其激活,esel,s,mat,1,ealive,all,并且刪除其全部約束，求解,地下工程施工過程模擬,后處理,觀察第一步,自重產(chǎn)生的初始地應(yīng)力場,鉛直方向位,移云圖,釦,孑,NODAL SOLUTION,STEP=1,SUB,1,TIME=1,SY (AVG,TOP,RSYS=0,DMX =.07001,SMN,-.996452,SMNB=-1,03826,SMX,-.017225,SMXB=.008308,ANSYS,NOV,24,2014,23:09:03,.996452 -.778846,.56124,.887649,.670043,.343634,.

5、126028,.452437 -.234831 -.017225,鉛直方向應(yīng),力云圖,地下工程施工過程模擬,_,_,_,觀察第二步,開挖支護后隧洞的變形,地下工程施工過程模擬,觀察第二步,開挖支護后支護的第一、三主應(yīng)力,第一主應(yīng)力,第三主應(yīng)力,8,地下工程施工過程模擬,_,_,_,觀察第二步減去第一步，開挖和支護導(dǎo)致的圍巖變形,地下工程施工過程模擬,問題探討,Q1,本例中，隧洞開挖一次性完,成，實際上，開挖進度有限，通,常不可能一次性開挖完成,如何,模擬分段開挖,A,根據(jù)工程資料，假定合理開,挖,進度，設(shè)置多荷載步，分步,進行,開挖模擬。例如本例中,假定每,次開挖,10m,隧洞分,5,次開,挖

6、，每,段對應(yīng)一個荷載步進行,開挖和支,護模擬,Q2,實際工程中，為了施工的經(jīng)濟性和安,全,性，在開挖完成并釋放全部或者部分地,應(yīng)力,后才進行支護,如何模擬釋放全,部應(yīng),力后支護？如何模擬釋放,70,應(yīng),力后支護,A1,全部開挖完成后，進行第一次計算,復(fù)活支護單元，再次計算,A2,首先得到殼單元節(jié)點的初始地應(yīng)力,導(dǎo),出數(shù)據(jù)，調(diào)整為反向,30,應(yīng)力，重新進入,求解,器，對殼單元節(jié)點施加反向,30,的應(yīng)力,進行,計算；復(fù)活支護單元，刪除反向,30,的,應(yīng)力,進行計算,地下工程施工過程模擬,參考數(shù)據(jù)流,建立基本參數(shù)，為,后期建模做準備,定義相關(guān)位置參數(shù),fini,cle,set,z,xl,z,12,s

7、et,z,yl,z,12,set,z,wl,z,28,9,set,hl,z,30,15,set,z,x2,z,25,set,y2,z,12,set,w2,13,set,h2,30.15,set,X,3,A,16.9,set,r,y3,z,12,set,z,w3,z,13,set,z,h3,r,30.15,set,z,x4,z,25,set,z,y4,z,30,set,z,w4,z,54,9,set,h4,18,set,th,z,0.4,set,length_z,z,50,幾何面,2,的位,置參數(shù),幾何面,3,的位,置參數(shù),幾何面,4,的位,置參數(shù),幾何面,5,的位,置參數(shù),支護殼的厚度,1,隧

8、道深度,舉,41,中電卷,at,地下工程施工過程模擬,參考數(shù)據(jù)流續(xù),設(shè)置材料屬性,創(chuàng)建模型控制關(guān)鍵點,實常數(shù),材,料屬性,定義單元類型,prep,et,1,shelLSS,et,2,solid45,r,1,th,mp,ex,1,30000,mpprxy,1,0.2,mp,z,dens,1,0.002,7,mp,ex,2,250,mpprxy,2,0.32,mpr dens,2,0.0,1,02,2,mp,ex,3,250,mpprxy,3,0.32,mp,z,dens,3,0,0022,殼的厚度,支,護材料,屬性,c30,剩余土,體的材,料屬性,挖去土,體的材,料屬性,I,創(chuàng)建隧道支護拽制關(guān)鍵

9、點,k,1,0,k,2,0,3.8 5,k,3,0.88,5.5,k,4,2.45,6,15,k,z,5 , 4,02,5.5,k, 6,4,9, 3,85,k,7, 4,9,0,地下工程施工過程模擬,_,_,_,參考數(shù)據(jù)流續(xù),創(chuàng)建隧道支護線模型和被挖去的土體面,larc12,68.13,larc,2,3,6,3.21,larc,3,4,6,2*22,larc,45,22.22,larc,5,6,23.21,larc,6,7,2,8.13,larCf1,f,l,f,f,6,3,L,l,f,2,3,4,f,5,6,f,l,兩端點,參,考點，半徑生成孤線,由,7,條線生成一個面,創(chuàng)建模型橫截,面,

10、創(chuàng)建剩余土體的幾何面,blc4,xl,jr,yl,wl,hl,blc4x2,f,y2w2,h2,blc4,jr,x3,f,y3,jr,w3,h3,blc4,jr,x4,jr,y4,jr,w4,h4,pnum,area,1,創(chuàng)建面,2,創(chuàng)建面,3,創(chuàng)建面,4,創(chuàng)建面,5,打開面編號,aplot,aovl,f,1,f,2,f,3,f,4,f,5,nununrg, KP,f f f,low,NUMCMP,KP,NUMCMP,LINE,NUMCMF, AREA,5,個面,overlap,布爾操作,合并,重復(fù)元,素并保留低編號號碼,地下工程施工過程模擬,_,_,_,_,_,參考數(shù)據(jù)流續(xù),為分網(wǎng)格準備,次

11、,1.6,10,1.2.11,Isel,s,line,21,22,1,Isel,a,line,7,asbl,5,all,I,SQ,I,s,line,21,24,3,Isel,a,line,f,1,asbl,7,all,Isel,s,line,r,22,f,23,l,Isel,a,r,line,f,asbl,8,all,nummrg,KF, , ,low,NUMCMP,KP,NUMCMP,LINE,NUMCMP.ZkREA,為劃分網(wǎng)格做,準備,用,7,21,22,三條線分割面,用,1,2,1,24,三條線分割面,用公,22,23,三條線分割面,合并,重復(fù)元,素并保,留低編,號號碼,拉伸橫截面建,

12、立模型體,將線拉伸成面,成為支護,k,f,10,f,f,length_z,1,1,1000,asel,r,area,1,8,1 vdrag,all,r r r r,25,將面拉伸成體，成為,隧洞外,圍巖體,定義一,個輔助關(guān)鍵點,定,義一個,輔助線,地下工程施工過程模擬,舉撕舉電轡,st,參考數(shù)據(jù)流續(xù),對線劃分份數(shù),準備劃分網(wǎng)格,分網(wǎng)格,1sei,s,f,line,2,5,1,lesize,all,ff,3,Isel,s,f,line,z y,9,f,11,2,lsel,z,a,z,line,z,f,6,Isel,a,z,line,z y,1,lesize,all,ff,8,Isel,s,f,l

13、ine,z y,8,f,10,2,lsel,z,a,z,line,z,f,1,lesize,all,7 z,12 lsel,z,s,f,line,21,f,2,4,1 lesize all,7 z,丄,0.2 lsel,z,s,f,line,ff,12,z,13,1,lesize,all,7 y,8 lsel,z,s,f,line,f,1,5,z,18,1 lesize all,7,f,6,f,2,lsel,z,s,f,line,z ,14 lesize,all,7 z,24 1sei,z,s,z,line,7,1,9,2,z,1 lesize all,7,f,6,f,2,lsel,z,s,f

14、,line,z f,25,lesize all,7 z,10,alls,設(shè)置網(wǎng)格分數(shù)為,3,地下工程施工過程模擬,參考數(shù)據(jù)流,續(xù),版,m,real jr 1,mat,r,1,MSHAPE,0,2D,MSHKEY,1,asel,z,s,area,9,15,1,amesh,all,alls,對不同部分進,行網(wǎng)格劃分,type,2,real,f,1,mat,r,3,VSEL,S,f,VSWEEP,11,type,2,real,v,1,mat,2,VSel,F,如,F,F,2,F,7,F,1,vsel,f,u,4,vsel,u,8,VMESH,all,vsel,f,s,f,f,f,4,vsel,a,8

15、,匸,VSWEEP,11,1,地下工程施工過程模擬,參考數(shù)據(jù)流續(xù),求解控制設(shè)置,施加邊界條件及,重力加速度,殺死支護單元,并約束其位移,施加邊界條件以,及重力,加速度,solu,antype static,nlgeom,z,on,打,開大位,移效果,nropt,full,設(shè),定牛頓,拉普,森迭代,nsel,s,loc,r,x,x2,nsel,r,a,loc,x,x2+w4,D,all, , , ,UX,alls,nsel,r,s,loc,y,z,y4,D,all,UY,alls,nsel,s,loc,r,z,-length_z,nsel,r,a,loc,r,z,0,D,all, , , ,UZ,allsel,acel,r,0,9.81,0,重力加速度,esel,s,type,1,選擇支護売，然后將其殺死,ekill.all,esel,r,all,esel,r,s,live,選擇活單元,nsle,f,s,nsel,r,invert,選擇死單元上的節(jié)點,d,f,all,all,約束其位移，使其不漂移,alls,solve,舉撕舉電轡,st,地下工程施工過程模擬,_,_,_,_,_,_,_,_,_,_,