隧道开挖模拟方法

freddieaid

    利用大型有限元软件ANSYS 8.0模拟隧道的动态开挖，并进行相应的数值计算。在二维笛卡尔空间，岩土体可采用四节点四边形单元模拟，衬砌可用二节点梁单元模拟；在三维笛卡尔空间，岩土体可采用八节点体单元模拟，衬砌可用四节点壳单元模拟；无论是二维或三维，锚杆均采用杆单元来模拟，锚杆只承受轴力；其次，由于岩土体是一种成因复杂的介质，在长期的地质作用下，受到诸如节理裂隙﹑断层﹑夹层等地质弱面所切割，故而不能将其完全视作连续介质，在存在有以上弱面处应用节理单元模拟，节理单元承受节理面切向和法向力，如此还应考虑节理和岩体的接触作用；再者，锚杆与土体或混凝土衬砌也有三种有限元模型：1.整体式模型；2.分离式模型；3.组合式模型，其中分离式模型考虑两种材料之间的接触，一般采用点点接触或点面接触，可根据需要选用。另外，衬砌和土体之间也可考虑接触作用，可采用点面接触或面面接触。对于隧道开挖的模拟，可采用以下两种方法：   （一）逐步建模法1.建立土体模型，施加重力，计算初应力，导出初应力文件并保存模型，重启动；2.恢复模型（若是分布开挖，应恢复上一步计算的模型），导入初应力文件，在开挖边界各节点处反向施加对应的等效节点力（前一步计算的），为考虑掌子面的支护效应，该力失量一般应乘以应力释放系数以进行折减。将计算结果（不包括开挖部分）保存到另一初应力文件并保存模型，重启动；3.恢复模型（同第2步），删除开挖掉的单元，导入上一步保存的初应力文件，并建立支护结构单元，将计算结果（不包括开挖部分）保存到另一初应力文件并保存模型，重启动；4.这样就完成了一步开挖，若是分布开挖，应重复2﹑3两步直至开挖结束。  （二）将各种材料模型全部建成，包括土体和支护1.将各种材料模型全部建成，把全部单元的材料属性都改为土体，施加重力，计算初应力；2.杀死要开挖的单元，将支护所在处土体的属性改为对应的支护的材料属性，计算模型；3.第2步就完成了一次开挖，若是分布开挖，重复第2步即可。在开挖完成后，查看塑性区是否规则对称，若对称则计算结束，否则应改变预支护参数重新计算。补充：在每一步开挖中，钢筋网﹑钢支撑的辅助支护手段可采用加大相邻处土体单元的刚度以近似模拟。
    以上步骤正确吗，望高手指点！
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