资源描述：
《地下结构施工过程的动态仿真模拟分析_朱合华》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。
1、第18卷第5期岩石力学与工程学报18(5):497～5021999年10月ChineseJournalofRockMechanicsandEngineeringOct.,19993地下结构施工过程的动态仿真模拟分析朱合华丁文其(同济大学地下建筑与工程系上海200092)摘要根据地下结构开挖施工的特点,建立了施工动态仿真数值模拟分析方法,主要包括设计前施工过程的动态数值模拟和施工中的动态反演分析。同时研制开发了一集成化的地下结构通用计算软件,并在多项实际工程中得到成功应用。关键词隧道,地下结构施工,
2、有限元仿真模拟,施工动态反分析分类号U451,TU932.1.2节理及接触面的模拟1概述对岩体内部存在的节理、裂隙等常见的地质现象,以及介于支护结构和地层间的接触面材料,采用地下结构施工动态仿真数值模拟包括两大部分:无厚度节理单元模拟。并利用塑性理论对节理及接(1)确定合适的岩土介质本构模型及其物理力学性触面单元建立非线性本构关系。当法向应力Rn为压态参数;(2)准确模拟整个施工动态响应过程。由于应力时,采用莫尔2库仑屈服条件[2],不难导出其剪岩土介质的复杂性,对本构模型的仿真目前仍着重切滑移的
3、塑性矩阵。[1]放在其物理力学参数的反演确定上,而施工过程2.1.3支护结构的模拟的动态仿真模拟则强调模拟过程的实时性,即尽可所有支护结构均假设为弹性体,对锚喷支护采能使得模拟过程与实际物理过程同步,并借助于考用一维杆单元模拟,也可对锚杆加固区的围岩取用虑施工过程的有限元、边界元或有限差分等技术来提高的c,U加以考虑[2];支撑、钢支架及衬砌采用梁解决。本文根据地下结构开挖施工的特点,建立了施单元模拟。衬砌结构也可采用四边形等参单元模拟。工动态仿真数值模拟分析方法,主要包括设计前施对盾构隧道的衬砌
4、管片,结构设计中假设管片工过程的动态数值模拟和施工中的动态反演分析。材料处于弹性状态,并采用梁2弹簧模型(见图1)模同时研制开发了一集成化的地下结构通用计算软件,拟。由于梁2弹簧连续模型不能模拟相邻管片在接头并在多项实际工程中得到成功应用。处发生的相对不连续变形量,故本文对管片接头提出采用不连续模型(见图2),即对管片采用直(曲)梁2数值模拟的基本原理[3]单元,对管片接头则借助一维接头单元模拟其连接效应。2.1材料性态的模拟2.1.1地层材料的模拟地层材料可采用的模型有各向同性线弹性、非线性弹性
5、及弹塑性体或横观各向异性、正交各向异性线弹性体等。对弹塑性模型,可采用德鲁克(Drucker)和普拉格(Prager)屈服准则,雷叶斯(S.F.Reyes)弹塑性矩阵。当岩土体中主应力出现拉应图1梁2弹簧系统模型力时,岩土体在主应力方向(单向或双向)受拉破坏。Fig.1Beam2springcontinuousmodel1998年1月12日收到初稿,1998年6月19日收到修改稿。3留学回国人员基金(1996)及国家重点自然科学基金(59738160)联合资助项目。作者朱合华简介:男,37岁,博士
6、,1983年毕业于重庆大学采矿工程系化学矿开采专业,现任教授,主要从事岩土及地下工程教学与研究方面的工作。©1994-2010ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net第18卷第5期朱合华等.地下结构施工过程的动态仿真模拟分析·559·施工阶段)模拟;分部卸载由开挖面向前推进引起,计算时可依据经验或由现场量测位移分别在同一开挖阶段选定不同的地应力释放系数,据以反映不同施工阶段
7、的变化;分部支护指不同的支护时机,如锚杆、喷层、二次衬砌及地层注浆、超前支护等,计算时采用分别在不同的施工阶段设置不同支护来模拟。显然,这里的“分部”兼有空间上的分部份和时图2梁2接头不连续模型间上的分步骤两重含意。Fig.2Beam2jointdiscontinuousmodel[4～6]3施工动态反演分析2.2施工过程的模拟2.2.1初始地应力的计算地下结构的施工常采用分部开挖、分部支护的初始地应力{R0}可采用有限元计算法和设定水方式,其位移、结构内力及岩土层应力等随着施工平侧压力系数法。对
8、岩石地层,初始地应力分为自阶段的变化呈现出一种动态响应过程。因此,有必重地应力和构造地应力两部分。其中自重地应力由要将常规的反演分析法[1]与施工模拟过程结合起来,有限元法求得,构造地应力可假设为均布或线性分建立一种施工动态反演分析方法。在相同工程及地布。对软土地层,常需根据水平侧压力系数K0,据层条件下,通过利用当前施工阶段量测到的全量或以计算初始地应力。增量信息,来反求地层性态参数和初始地应力参数,2.2.2施工过程的有限元模拟进而达到准确预测相继施工阶段的岩土介质和结构地下工
