连拱隧道开挖与支护的三维数值模拟研究

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1、连拱隧道开挖与支护的三维数值模拟研究

2、第1lunensionalFastLagrangianAnalysisofContinua)是美国ItascaConsultingGouplnc开发的三维快速拉格朗日分析程序，该程序能较好地模拟地质材料在达到强度极限或屈服极限时发生的破坏或塑性流动的力学行为，特别适用于分析渐进破坏和失稳以及模拟大变形。它包含10种弹塑性材料本构模型，有静力、动力、蠕变、渗流、温度五种计算模式，各种模式间可以互相藕合，可以模拟多种结构形式，如岩体、土体或其他材料实体，梁、锚杆、桩、壳以及人工结构如支护、衬砌、锚索、

3、岩栓、土工织物、摩擦桩、板桩、界面单元等，可以模拟复杂的岩土工程或力学问题，特别适合于隧道开挖和支护方面的计算，现在已经广泛应用于岩土工程问题的各个方面。主要包括以下几个方面的应用：1.承受荷载能力与变形分析：用于边坡稳定和基础设计2.渐进破坏与坍塌反演：用于硬岩采矿和隧道设计3.施加于地质体锚索支护所提供的支护力研究：岩锚和土钉的设计4.排水和不排水加载条件下全饱和流体流动和孔隙压力扩散研究：挡土墙结构的地下水流动和土体固结研究5.爆炸荷载和振动的动态响应：用于隧道开挖和采矿活动等几个方面的应用。在岩土计算方面FLAC3D具有以下几

4、个优点：1.对模拟塑性破坏和塑性流动采用的是“混合离散法”。这种方法比有限元法中通常采用的“离散集成法”更为准确、合理。2.即使模拟的系统是静态的，仍采用了动态运动方程，这使得FLAC3D在模拟物理上的不稳定过程不存在数值上的障碍。3.采用了一个“显式解”方案。因此，显式解方案对非线性的应力-应变关系的求解所花费的时间，几乎与线性本构关系相同，而隐式求解方案将会花费较长的时间求解非线性问题。而且不存储刚度矩阵，这就意味着采用中等容量的内存可以求解多单元结构，模拟大变形问题所消耗的机时几乎小变形问题相差无几，因为不需要修改刚度矩阵。3．

5、模型和简化3.1　模型简化隧道的开挖和支护属于三维问题,工程所处的岩土介质条件大多分层存在,岩土介质也存在非均质的各向异性的特征。在进行数值计算时,根据工程及所处地质条件的特点,对隧道开挖和支护模型进行简化是必要的。本次数值模拟的模型基本假设为:（1）各土层在接触面上为平面接触，不考虑层间横向运动，因此忽略土层间的摩擦力；（2）各层内部材料均匀分布，不考虑地下水作用；（3）地表作用均匀压力作为地面外载，地下一定深度范围内的应力场作为均匀荷载；（4）岩土介质简化为连续的理想塑性介质,由Mohr-Coulomb准则描述[4]。3.2　模型

6、尺寸计算区域的尺寸对于保证计算的准确性很重要,应考虑到计算的准确性与计算时准备工程的均衡。模型选择应以不波及模型边界为基本原则。这样既可保证数据可靠,又减少了计算工作量。在影响范围的估计上,由弹性理论可知,对于均匀线弹性介质中小圆孔应力集中问题,在双向受等压弹性薄板内,半径为a的小圆孔周围应力变化规律是:(1)lunensionalFastLagrangianAnalysisofContinua)是美国ItascaConsultingGouplnc开发的三维快速拉格朗日分析程序，该程序能较好地模拟地质材料在达到强度极限或屈服极限时发生

7、的破坏或塑性流动的力学行为，特别适用于分析渐进破坏和失稳以及模拟大变形。它包含10种弹塑性材料本构模型，有静力、动力、蠕变、渗流、温度五种计算模式，各种模式间可以互相藕合，可以模拟多种结构形式，如岩体、土体或其他材料实体，梁、锚杆、桩、壳以及人工结构如支护、衬砌、锚索、岩栓、土工织物、摩擦桩、板桩、界面单元等，可以模拟复杂的岩土工程或力学问题，特别适合于隧道开挖和支护方面的计算，现在已经广泛应用于岩土工程问题的各个方面。主要包括以下几个方面的应用：1.承受荷载能力与变形分析：用于边坡稳定和基础设计2.渐进破坏与坍塌反演：用于硬岩采矿和

8、隧道设计3.施加于地质体锚索支护所提供的支护力研究：岩锚和土钉的设计4.排水和不排水加载条件下全饱和流体流动和孔隙压力扩散研究：挡土墙结构的地下水流动和土体固结研究5.爆炸荷载和振动的动态响应：用于隧道开挖和采矿活动等几个方面的应用。在岩土计算方面FLAC3D具有以下几个优点：1.对模拟塑性破坏和塑性流动采用的是“混合离散法”。这种方法比有限元法中通常采用的“离散集成法”更为准确、合理。2.即使模拟的系统是静态的，仍采用了动态运动方程，这使得FLAC3D在模拟物理上的不稳定过程不存在数值上的障碍。3.采用了一个“显式解”方案。因此，显

9、式解方案对非线性的应力-应变关系的求解所花费的时间，几乎与线性本构关系相同，而隐式求解方案将会花费较长的时间求解非线性问题。而且不存储刚度矩阵，这就意味着采用中等容量的内存可以求解多单元结构，模拟大变形问题所消耗的机时几