ANSYS隧道工程中的应用实例

第3章ANSYS在隧道工程中的应用分析第3章ANSYS隧道工程中的应用实例分析内容提要 内容提要 本章首先介绍了隧道工程的相关概念；然后介绍了ANSYS的生死单元及DP材料模型；最后用2个实例分别详细描述了用ANYS实现隧道结构设计和隧道施工模拟的全过程。第3章ANSYS隧道工程中的应用实例分析 榨本章妹重点讲隧道虽工程涌概述顶壤羽愤隧道攀施孙工咳AN板SY秃S冶模拟蚂的实观现柳美AN融SY支S铲隧道膊结构春实例子分析督愤秧伸AN罚SY拢S刷隧道茅开挖福模拟骗实例稼分析隙本章神典型奉效果棵图鼻3.杨1升隧道揉工程学相关往概念鼠3.自1.炒1污幅隧道桑工程坑设计感模型垒钓鼓为达作到各秃种不延同的投使用鸦目的齐，在园山体亿或地雨面下泽修建你的建姑筑物孙，统凑称腾为馒“效地下预工寄程汪”袖。在泽地下劳工程服中，静用以朱保持庭地下辨空间艳作为猎运输挎孔道敏，则称唇之下为搂“效隧道雾”撤。革由于直地层水开挖熊后容故易变奋形、封塌落辣或是神有水电涌入子，赛所以滥在除饮了迹在挑极为皂稳固匹地层蛙中且付没有宗地下脆水的壶地方父以弟外，碑大都钳要碑在再坑道况的周餐围修撞建支获护结热构，区称黑之尼为难“伸衬砌宇”魔。振隧道吊工程怠建筑特物是己埋于努地层垃中的刃结构停物，冶它的婆受力索和变荐形与姜围岩虹密切列相关吊，支俱护结梨构与洗围岩玻作为盾一个菠统一效的受途力体踏系相寿互约晃束，洲共同似作用神。葬隧道胀工程恼所处察的环写境条移件与农地面福工程荷是全此然不陆同的恋，但薪长期秩以来损都沿浓用适椒应地脂面的卧工程言理论壳和方牛法来换解决津地下狮工程钉中所角遇到喉的各弊类问鼠题，残因而者常常味不能针正确咏地阐价明地螺下工纯程中让出现虹的各刷种力裕学现惨象和记过程蹄，是之地下播工程境长期始处跟于丛“扑经验鹊设亲计蛛”轨和垦“迷经验听施批工设”笋的局梁面。英这种呜局面况与迅烦速发酸展的类地下土工程学现实跟极不检相称奸，促喊使人无们努壮力寻扫找新末的理绩论和鸦方法残来解视决地调下工抛程遇敏到的晓各种下问题旬。析地下哄工程茅的设饲计理狸论和秃方法醉经历帖了一尘个相闪当长掘的发命展过月程腊。雹在租2挽0颤世睡纪捞2抗0愚年代贡以前汪，地脆下工榨程支笼护污理论逐主要唉有古忠典的那压力成理论威和散督体压清力理抹论，架以砖脉、石斩头材跟料作轻为衬溉砌，早采用滩木支捎撑或趋竹支涌撑的费分部谅开挖拳方法迅进行邻施工波。编此时寿，只贡是将涝衬砌鞋作为至受力罢结构粪，围羡岩是磨看作吨载荷夏作用震在衬傲砌结骂构上详，这冶种设抖计理字论过此于保辨守，本设计叶出的驶衬砌熔厚度挨偏大丑。拖2卫0居世档纪贼5棕0仪年代亩以来些，岩伙石力晒学开葛始成爽为一拜门独摊立的浓学科榜，围挽岩弹寒性、帆弹塑然性和雕粘弹盏性解他答逐严步出蜓现。斗土力侵学的亚发展垒促使爬松散吹地层脸围岩寒稳定用和据围岩知压力数理论禽的发组展，半而岩剖石力树学的繁发展侧则促草使围燥岩压异力和响地下收工程疾支护程结构忙理论妖的进煌一步宝的飞睁跃。裂同时蚂，锚始杆和折喷射那混凝磁土稀的作则为初餐期支严护得著到广掠泛应丧用庸。这怒种股柔性区支护药允许盒开挖京后的狂围岩锤有一蛇定的芦变形免，梯使围分岩能季够发洁挥其块稳定踢性，炸从而辜可以太大大闪地减茧小衬抚砌厚栏度。纱国际吨隧道躺学会貌认为借，目翠前骗采用谱的隧败道设北计模化型主湾要有平以下条几种肥：逮以工治程类分比为睬主的睁经验辨设计蚀方法趴。亮以现赠场测怀试和晃实验胳室试怕验为母主的落实用旅设计台方法齐（如负现场术和实持验室阶的岩锣土力须学试洋验、派以洞伐周围喊测量评值为港基础浑的收清敛樱—更约束弟法以栏及实杏验室苏模型歪试验私等）剑。捧作配用边—闲反作史用贯设计抹模型走，即向目前知隧道合设计指常用具的继载之荷怕—降结构汗模型扇，包跃括弹泰性地咱基梁西、弹强性地莲基圆耻环捞等。寇连续穗介质法模型馅，包皱括解放析法侦（封萌闭解暴和近晋似解严）和葬数值塘法（男以师FE者M循为主杀）。洁国际印隧道友学会核于晋19搭7翻8界年成拜立了搁隧道革结构丽设计盈模型齐研究斤小组厕，舅收集底和汇喉总了宪各会馅员国识目前重采用有的好隧道绪工程扩设计极模型歪，潮详见绵表主3-胸1雀。巩表缠3-蓬1摄沫隧道耽工程镇设计泽模型国家盾构法NATM法矿山法明挖法中国弹性地基圆环、经验法初期支护：FEM、收敛—约束法二次支护：弹性地基圆环初期支护：经验法二次支护：作用与发作用法大型洞室：FEM结构力学弯距分配法澳大利亚弹性支撑全圆环法、MuirWood法或假定隧道变形法初期支护：Proctor-White法二次支护：弹性支撑全圆环法、MuirWood法或假定隧道变形法初期支护：Proctor-White法二次支护：弹性支撑全圆环法、MuirWood法或假定隧道变形法结构力学弯距分配法奥地利弹性地基圆环弹性地基圆环、FEM、收敛—约束法经验法弹性地基框架日本局部支撑弹性地基圆环局部支撑弹性地基圆环、经验法加测试、FEM弹性地基框架、FEM、特征曲线法弹性地基框架、FEM德国埋深<2D：顶部无支撑的弹性地基圆环埋深>3D：全周支撑的弹性地基圆环或FEM埋深<2D：顶部无支撑的弹性地基圆环埋深>3D：全周支撑的弹性地基圆环或FEM全周支撑的弹性地基圆环或FEM弹性地基框架法国弹性地基圆环或FEMFEM、经验法、作用与反作用法连续介质模型、收敛-约束法、经验法—英国弹性地基圆环法、MuirWood法收敛-约束法、经验法FEM、收敛-约束法、经验法矩形框架瑞士—作用与反作用法FEM、收敛-约束法、经验法—美国弹性地基圆环弹性地基圆环、FEM、Proctor-White法、经验法—弹性地基连续框架比利时Schulze-Duddek法——钢架结构覆扭框坦注：堪表盲中汇NA称T次M昂指新连奥法缴，思是糠NE浙W饰AU吓ST捐RI骡A劝TU谣NN两EL桌IN焰G墨ME悄TH叹O印D恐的简乐称。跨例学鼻蚕FE余M踩指有刚限元遵法，剪是奇FI企NI价TE庭E道LE接ME尚NT害M咸ET订HO页D哪的简中称。精炼件各种巴隧道皂设计刮模型款各有救其适洁合的烟场合捉，也杆各有妖自身翁的局多限性夹。由夫于隧变道结查构设对计受洁到各茶种复侄杂因弊素的悦影响燕，因贫此在历世界乓各国障隧道势设计伟中，改主要娘采用钟以工补程类搬比为婆主的线经验始设计预法，蚀特别鸦是在搜支护技结构戏预设泽计中丹应用台最多笨。染即使民内力屿分析轰采用闯比较刷严格脾的理己论，销其计梦算结景果往赴往也技需要魔用经建验类棵比加终以判袋断和球补充宏。塌如常怠见公须路或钳铁路厘隧道甜，都跨是选收取以歉工程耍类比扇为主问的经省验设刮计法福来进混行结寨构参廊数的饲拟定行，可样见公累路或妙铁路旗隧道内设计迈规范芬。码但是懂，采因用此祥法设旧计的杏隧道索结构央是不城安全搞的和代不经叮济的挽。因辱为设泥计的悉隧道出的地脏质勘湿探不真可能项做到枣对每兔一段敲都进包行钻喷探，截因而蜂会出漫现地魔质条岸件错桶误判语断现忧象，牵有可铁能实宾际围热岩类社别比已设计文采用锐的要邮低，夺这样睬按高滑类别守围岩归设计耍出的烤隧道阿结构诊是不麻安全授的。度相反毯，若壶实际毯围岩呆类别侄比设员计采效用高解，则据采用覆的设篇计是榴不经款济的调。何允勺随近着捧NA领T奇M镰的出谣现，衔以测退试为衰主的侨实用株设计插法浩为现军场人精员所草欢迎变，因东为它办能提台供直拒觉的娱材料秀，以互更准款确地齿估计饰地层菌和地训下结套构的皱稳定衣性和佩安全忍程度工。其践中应腾用最梨多的窑是收已敛聋—惯约束深法过，其纺主要你思想哈是：毕一边种施工忆，一乐边进愁行洞持周围帮量测抹，随希着位虾移变倚化情孔况，液来选蓄用合录适的局隧道斧支护很参数煎，这瓦样灰就可苹以参按实剑际地看质条稻件来侮设计险隧道烂支护蜜，避康免了烟工程鲁类比犯既不帐安全加又不注经济蹄的缺夹点。占收沿敛括—茎约束苍法废将支纤护和甜围岩弯视为别一体冶，作职为共概同承箭载的四隧道获结构饲体系钱，通面过调术整支无护来奖控制属变形绩，从晃而最啦大限己度地伴发挥树了围佩岩自陷身的桐承载术能力秆。采墓用此扛模型第，有悉些问水题可燕以使绘用解避析法弓求解郊，但完大部宪分问政题因袜数学失上的怠困难脆必须厨依赖镰数值父方法胆。京逮牢理论苹计算厌法可牧用于够进行熄无经参验可填循的竹新型首隧道板工程宰设计诉，因嘴此基北于作搂用与奸反作湿用模服型和神连续翻介质宰模型标的计国算理故论成集为一弟种特艺定的责计算傻手段划日益勺为人绞们重鬼视。陈由于条隧道音工程挺所处存环境盾的复腰杂性鲁，以喝及各订种隧观道设注计模挽型各妨有优该缺点昂，因垦此工潜程技垒术人踩员在估设计毙隧道罢结构涂时，程往往楚需城要同抽时进绢行多影种设档计模恼型的厉比较鄙，冷以贷作出西既经梁济又喉安全播的合盾理设吧计。阳渗里尿从各孕国地厕下结曾构设成计实晓践看粥，目瞎前隧隐道设丰计主夜要采仍用两家种模善型垦。效爱第一和种模异型即决为学传统典的结摇构力葛学模顽型质。它器是将摘支护辞结构消和围醉岩分韵开来泻考虑您，支茂护结狗构是镜承载抗主体誉，围淡岩作秃为载秋荷的埋来源身和支芦护结孟构的赛弹性影支撑公，勤故又梅称为钉荷载气—亦结构汉模型活。采出用这驱种模罗型时骂，认仰为隧能道支耳护结液构与局围岩迫的相趣互作史用是适通过糕弹性修支撑抵对结徐构施求加约忠束来疯体现解的，糊而围另岩饿鲜承载蓝能力成则在栗确定勺围岩放压力钉与弹狂性支国撑的赌约束禽能力版时间哑接地冠考虑逆。围燃岩承笔载能门力越耍高，杜它给青予支味护结遗构的乎压力准越小碌，弹用性支胞撑的纷约束派支护叠结构明变形炭的抗棋力越嫌大。亿这种早模型宋主要划适用坏于围洞岩因萄过分改变形锯而发核生松值弛图和衬崩塌在，支祖护结痰构主妹动承吹担围荒岩碌“慌松碌动冶”罪压力帆情形造。厨利用德这种涌模型接进行注隧道燥设计寒关键箭问题家是如前何确脉定作城用在笼支护掀结构闯上的讽主动课荷载货，其哀中最飞重要悬的是初围岩饮松动论压力顾和弹塔性支星撑作臭用于雹支护谈结构剧的弹蜓性抗荷力。僚一旦折解决照了这科两费个问箱题，存就可乳以运圾用结姓构力艇学方另法求开出朝也静定鼻体系看的内啄力和津位移霉。因描为这猫种模恢型概大念清割晰，肉计算医简便佳，便扫于被块工程另师接付受，轮所以较至今砖很通毫用，秤特别陶是在滤模筑纪衬砌取。奇院稻属于脂这种梳模型案的计恭算方姻法有跑弹性袜连续桃框架去（含勾拱形治）法巨、假迁定抗灰力法挣和弹孟性地蛙基梁绑（含种曲梁吼和圆虾环）蔑法等婆。躲当软壶弱地暑层对柳结构析变形烈的约洗束能费力较灭差时且（或批衬砌油与地茧层间勤的空统隙回糕填、页灌浆嘴不密仍实时局），光隧道提结构贪内力买计算偷常用苗弹性师连续壶框架定法，诞反之狼，采各用假午定抗吃力法亲或弹尘性地洋基法腐。艰肌擦悦第二航种模劝型叫鸟现代党岩体孩力学最模型差。院它将理支护唇结构稼和围夺岩视陪为一短体，炕作为读共同愿承载嘴的隧桂道结纵构体蜂系，宝故又壶称为卵围扬岩析—亦结构招共同牵作用那模型笑。魄这种呼模型颤中，闭围岩让是直鬼接的脚承载穗单元椅，支裤护结权构只鲁是用纸来约庙束和姻限制贺围岩巾的变猜形，秒这一元点刚今好与务第一奋种模浴型相锐反。兆这种晌模型拉主要举用于挨由于制围岩掉变形律而引滨起的易压力萝，压苏力值傲必须在通过休支护凳结构丰与围排岩共润同作洞用而扭求得淡，这照是反巷映当跳前现敢代支菠护结吸构原戚理的迹一种沙设计匀方法报，需籍采用连岩石害力学谊方法川进行耍计算促。应窄当指月出，丑支护免体系万不仅织是指绸衬砌隶与喷资层等得结构耗物，肺而且府还包罪括锚锄杆、沿钢筋伶及钢瓣拱架垦等支斤护在酬内。通演茂真围凉岩刚—史结构办共同冈作用杀模型安是目涌前隧厦道结律构体本系设两计中旧力求呈采用是的或墓正在浪发展玉的模北型，扔因为销它符棉合当肠前施烟工技疼术水腿平，赌采用飞快速派和卷超阁强的联支护邪技术寿可以珠限制罩围岩洲的变休形，誓从而康阻止呀围岩硬松动程压力特的产呆生。合这种芒模型迹还可碑以考饱虑各雀种几防何形笨状、览围岩雁特性寿和支屯护材候料的扮非线播性特粱性、帮开挖挣面空晒间效边应所武形成沫的三约维状绩态以述及地岗质中昂不连你续面紫等。恒利用轿此模鞭型进忌行隧肚道设塘计的割关键啦问题故是，辩如何亏确定病围岩们初始客应力波场和拦表示均材料殖非线将性特名性的迷各种棵参数采及其帽变化誓情况饺。一木旦这摩些问声题解拖决了版，原匙则上愤任何锁场合义都可妇用有浇限单呜元法注求出痒围岩托与支参护结投构的阔应力卷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