20地下工程施工过程模拟

1、地下工程施工过程模拟,问题的描述,中心,剧,圈,代表隧道模型，考虑圣维南原理，取周围岩土,的尺寸为隧道的,5,6,倍，隧道深度,50m,隧洞开挖一次完,成，并且同时增加支护，不考虑土体的非线性,L,13 _, 28.9,13,CM,1,H,r 12,LO,O,CO,00,地下工程施工过程模拟,_,_,_,_,_,_,_,_,_,_,_,_,_,支护，弹性模量,E=3e4MPa,泊松比,v=0.2,密度,2700Kg/m3,土体，弹性模量,E=2.5e2MPa,泊松比,v=0.32,密度,2200Kg/m3,几何常数：支护厚度,0,4m,外部载荷：只考虑自重作用,单元选取,Shell63,单元用

2、于模拟支护,Solid45,单元用于,模拟,围,岩结构,求解流程,前期,工作,初始地应,力模拟,求解,Step 1,地下工程施工过程模拟,_,_,_,_,_,_,_,_,_,_,_,_,_,施,加,约,束,划,分,网,格,建,立,模,型,约,束,死,单,元,杀,死,支,护,单,元,施,加,重,力,荷,载,设,置,材,料,属,性,地下工程施工过程模拟,整体模型,土体单元,材料,2,和材料,3,的性能是一样的,但,是这里以不同的材料编号区,分剩,余土体和挖去土体，目的,是为后,面方便地选择被挖去的,隧洞外岩体,材料,2,开挖岩体,材料,3,支护,材料,1,地下工程施工过程模拟,初始地应力模拟,1,

3、施加边界条件：模型除顶面自由外,其余,5,个面施加,法向约束,2,施加重力加速度,3,打开大位移效果,nlgeom,on,4,设定完全牛顿,拉夫森迭代法则,nropt,full,5,选择支护单元，然后将其杀死,6,选择不与活单元连接的死单元上的节,点，约束其位移，使其不漂移,esel,s,live,选择活动单元,nsle,s,选择单元上的节点,nsel,invert,选择死单元上的节点,d,all,all,约束其位移，使其不漂移,ELEMENTS,MAT,NUM,地下工程施工过程模拟,开挖模拟,选择将要挖去的岩土单元，然后将其杀死,一,esel,s,mat,3,ekill,all,支护模拟,选

4、择挖去岩石单元对应的支护壳单元，将其激活,esel,s,mat,1,ealive,all,并且删除其全部约束，求解,地下工程施工过程模拟,后处理,观察第一步,自重产生的初始地应力场,铅直方向位,移云图,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,铅直方向应,力云图,地下工程施工过程模拟,_,_,_,观察第二步,开挖支护后隧洞的变形,地下工程施工过程模拟,观察第二步,开挖支护后支护的第一、三主应力,第一主应力,第三主应力,8,地下工程施工过程模拟,_,_,_,观察第二步减去第一步，开挖和支护导致的围岩变形,地下工程施工过程模拟,问题探讨,Q1,本例中，隧洞开挖一次性完,成，实际上，开挖进度有限，通,常不可能一次性开挖完成,如何,模拟分段开挖,A,根据工程资料，假定合理开,挖,进度，设置多荷载步，分步,进行,开挖模拟。例如本例中,假定每,次开挖,10m,隧洞分,5,次开,挖

6、，每,段对应一个荷载步进行,开挖和支,护模拟,Q2,实际工程中，为了施工的经济性和安,全,性，在开挖完成并释放全部或者部分地,应力,后才进行支护,如何模拟释放全,部应,力后支护？如何模拟释放,70,应,力后支护,A1,全部开挖完成后，进行第一次计算,复活支护单元，再次计算,A2,首先得到壳单元节点的初始地应力,导,出数据，调整为反向,30,应力，重新进入,求解,器，对壳单元节点施加反向,30,的应力,进行,计算；复活支护单元，删除反向,30,的,应力,进行计算,地下工程施工过程模拟,参考数据流,建立基本参数，为,后期建模做准备,定义相关位置参数,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,几何面,2,的位,置参数,几何面,3,的位,置参数,几何面,4,的位,置参数,几何面,5,的位,置参数,支护壳的厚度,1,隧

8、道深度,举,41,中电卷,at,地下工程施工过程模拟,参考数据流续,设置材料属性,创建模型控制关键点,实常数,材,料属性,定义单元类型,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,壳的厚度,支,护材料,属性,c30,剩余土,体的材,料属性,挖去土,体的材,料属性,I,创建隧道支护拽制关键

9、点,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,地下工程施工过程模拟,_,_,_,参考数据流续,创建隧道支护线模型和被挖去的土体面,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,两端点,参,考点，半径生成孤线,由,7,条线生成一个面,创建模型横截,面,

10、创建剩余土体的几何面,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,创建面,2,创建面,3,创建面,4,创建面,5,打开面编号,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,个面,overlap,布尔操作,合并,重复元,素并保留低编号号码,地下工程施工过程模拟,_,_,_,_,_,参考数据流续,为分网格准备,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,为划分网格做,准备,用,7,21,22,三条线分割面,用,1,2,1,24,三条线分割面,用公,22,23,三条线分割面,合并,重复元,素并保,留低编,号号码,拉伸横截面建,

12、立模型体,将线拉伸成面,成为支护,k,f,10,f,f,length_z,1,1,1000,asel,r,area,1,8,1 vdrag,all,r r r r,25,将面拉伸成体，成为,隧洞外,围岩体,定义一,个辅助关键点,定,义一个,辅助线,地下工程施工过程模拟,举撕举电轡,st,参考数据流续,对线划分份数,准备划分网格,分网格,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,设置网格分数为,3,地下工程施工过程模拟,参考数据流,续,版,m,real jr 1,mat,r,1,MSHAPE,0,2D,MSHKEY,1,asel,z,s,area,9,15,1,amesh,all,alls,对不同部分进,行网格划分,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,地下工程施工过程模拟,参考数据流续,求解控制设置,施加边界条件及,重力加速度,杀死支护单元,并约束其位移,施加边界条件以,及重力,加速度,solu,antype static,nlgeom,z,on,打,开大位,移效果,nropt,full,设,定牛顿,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,选择支护売，然后将其杀死,ekill.all,esel,r,all,esel,r,s,live,选择活单元,nsle,f,s,nsel,r,invert,选择死单元上的节点,d,f,all,all,约束其位移，使其不漂移,alls,solve,举撕举电轡,st,地下工程施工过程模拟,_,_,_,_,_,_,_,_,_,_,