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1、地铁盾构隧道掘进过程数值模拟分析6.5地铁盾构隧道掘进过程数值模拟分析 6.5.1问题的描述 2．工程问题描述 某地铁盾构隧道管片衬砌内径为5.4m，外径为D=6m，埋深为2D。从上至下，根据土层的物性参数不同将其分为3层，各层的材料参数和层厚为： 第1层：厚8m，E=3.94Mpa，v=0.35，ρ＝18.28kN/m3 第2层（隧道所在层）：厚18m，E=20.6Mpa，v=0.3，ρ＝20.62kN/m3 第3层：厚15m，E=500Mpa，v=0.33，ρ＝21.6kN/m3 施工中掘削面顶进压力为0.3MPa，盾尾注浆压力为0.15M
2、Pa。 6.5.2模型的建立 （1）以交互方式从开始菜单启动ANSYS程序。路径：开始>主程序>ANSYS8.0>ConfigureANSYSProducts。 （2）设置工作路径和文件名。单击“FileManagement”选项卡，在目录中输入“D:AnsysFXCH6Examp4”，在项目名中输入“Z6DTDGSD”。 （3）定义分析类型。路径：MainMenu>Preferences。在系统弹出的的对话框中，选中“Structural”（结构）复选项，然后单击OK按钮。此项设置表明本次进行的有限元分析为结构类，可以过滤许多菜单，如关于热分析的
3、和磁场分析的菜单等。同时，程序的求解方法采用h-method。 （4）进入前处理器，定义所需的单元类型。对于该问题而言，模型中只含有Solid45一种单元，但为了建模的方便，还需定义一种用于划分平面网格的辅助单元mesh200，该单元在由面拖拉生成体时可以自动删除，不影响计算。因为采用的是Solid45单元划分体，因而还需将mesh200的KEYOPT(1)设置为6。对应的命令流如下： /clear!更新数据库 /prep7!进入前处理器 et,1,solid45!设置单元类型 et,2,mesh200,6 （5）定义模型中的材料参数。模型中共有5
4、种材料，其中土体有3种：地表浅层覆土、盾构隧道所在土层、基岩，另外还包括管片衬砌和注浆层。其中管片衬砌为管片式的拼装结构，为了计算方便，将其等效为一均质体，等效时对其原有刚度进行折减。定义材料参数的命令流如下： !土体材料参数 mp,ex,1,3.94e6!地表层土弹性模量 mp,prxy,1,0.35!地表层土泊松比 mp,dens,1,1828!地表层土密度 mp,ex,2,20.6e6!盾构隧道所在地层参数 mp,prxy,2,0.30 mp,dens,2,2160 mp,ex,3,500e6!基岩地层参数 mp,prxy,3,0.33
5、 mp,dens,3,2160 !管片材料参数，管片衬砌按各向同性计算 mp,ex,4,27.6e9!管片衬砌弹性模量 mp,prxy,4,0.2!管片衬砌泊松比 mp,dens,4,2500!管片衬砌密度 !注浆层，参数按水泥土取值 mp,ex,5,1e9!注浆层弹性模量 mp,prxy,5,0.2!注浆层泊松比 mp,dens,5,2100!注浆层密度 （6）建立平面内模型并划分单元。 !在隧道中心线定义局部坐标，便于后来的实体选取 local,11,0,0,0,0!局部笛卡儿坐标 local,12,1,0,0,0!局部极坐标
6、csys,11!将当前坐标转换为局部坐标 wpcsys,-1!同时将工作平面转换到局坐标 cyl4,,,,,2.7,90!画部分圆半径为2.7 cyl4,0,0,2.7,0,3,90!画管片层部分圆 cyl4,0,0,3,0,3.2,90!画注浆层部分圆 rectng,0,4.5,0,4.5!画外边界矩形 aovlap,all!做面递加 nummrg,all!合并所有元素 numcmp,all!压缩所有元素编号 rectng,4.5,31.5,0,4.5!画矩形面 nummrg,all!合并所有元素 numcmp,all!压缩所有元素编号
7、 !***划分单元，如图6-77所示*** meshkey,1!选择划分方式为映射划分 type,2!采用Mesh200进行平面内的单元划分 lesize,1,,,6!对线设置单元数 lesize,2,,,6 lesize,3,,,6 amesh,1!对面1划分单元 lesize,4,,,6!对线设置单元数 lesize,8,,,2 lesize,9,,,2 amesh,2!对面2划分单元 lesize,5,,,6!对线设置单元数 lesize,10,,,1 lesize,11,,,1 amesh,3!对面3划分单元 lesiz
8、e,12,,,3!对线设置单元数 l
