《隧道三维模型》word版

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1、某隧道三维有限元模拟一、模型简介隧道开挖轮廓左、右、下各取50m，上取至地表(隧道埋深30m),纵向长度14m。台阶长度6m，进尺为0.5m，两台阶五步开挖。围岩用等参20结点的三维实体solid95单元模拟，共20552个；喷射混凝土用4节点空间壳shell181单元模拟，共1008个；锚杆用link1单元模拟，共2100个。围岩材料采用德鲁克—普拉格(D—P)模型,支护结构按弹性计算。分析的目标断面为9m处断面。由于计算机容量原因，模型中已计算7个开挖循环，即上台阶开挖到13m处，下台阶开挖到7m处。图1有限元模型二、模拟步骤1、自重应力场模拟2、上台阶第一步开挖6m（

2、释放荷载50%）3、上台阶已开挖处初期支护（喷射混凝土、锚杆）4、上台阶核心土开挖开挖6m（释放荷载50%）此时，形成6m的上下台阶，此后为开挖循环5、上台阶第一步开1m（释放荷载50%）6、上台阶已开挖处初期支护（喷射混凝土、锚杆）7、上台阶核心土开挖开挖1m（释放荷载50%）8、下台阶核心土左侧开挖1m（释放荷载50%）9、下台阶核心土左侧初期支护（喷射混凝土、锚杆）10、下台阶核心土右侧开挖1m（释放荷载50%）11、下台阶核心土右侧初期支护（喷射混凝土、锚杆）12、下台阶核心土开挖1m（释放荷载50%）13、下台阶核心土初期支护（喷射混凝土）5到13步为一个开挖进尺

3、，按此开挖步骤向前掘进。图2隧道纵断面示意图(单位:m)三、模拟结果1、拱顶沉降及拱低隆起图中绘出了拱顶和拱底的开挖步与位移关系曲线，从图中看出，开挖到此步时，拱顶沉降量为8.66mm，拱底隆起量为8.21mm。图3拱顶及拱底变形曲线2、围岩应力图3.1—3.6为围岩y方向应力，拱脚y方向应力达到2.66Mpa。图3.1第二个循环图3.2第三个循环图3.3第四个循环图3.4第五个循环图3.5第六个循环图3.6第七个循环3、锚杆轴力从图中看出，目标断面的锚杆施作之后，锚杆轴力越来越大，但增大的速度有所减缓。拱顶的锚杆受拉，最大轴力为5.67kN，拱角锚杆受压，最小轴力-7.5

4、8kN。各个循环完成之后锚杆轴力如图4所示。图4.1第四个循环图4.2第五个循环图4.3第六个循环图4.4第七个循环4、喷射混凝土内力目标断面拱顶衬砌x方向应力如图5所示，可以看出拱顶衬砌主要受拉，最大拉应力为2.55Mpa，开挖完第五个循环的核心土时（43荷载步）达到最大。随着开挖的进行，喷射混凝土内力趋于稳定。拱脚y方向的最大应力为0.56Mpa。比较图6.1和6.2，看出喷射混凝土x方向的应力拱顶比拱脚大，y方向的应力拱顶比拱脚小。图5.1拱顶喷射混凝土x方向应力图5.2拱脚喷射混凝土y方向应力图6.1喷射混凝土x方向应力图6.2喷射混凝土y方向应力