MIDAS中二衬在GTS中的模拟

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1、北京迈达斯技术有限公司二衬在GTS中的模拟二衬在GTS中的模拟在GTS模拟隧道开挖的时候，大多数用户希望能够将二衬的作用模拟进去，下面将分别将几种方法说明如下（由于本资料是对实现二衬的方法，所以以二维模型为主，采用一个开挖步骤：1、把二衬作为初支厚度的增加部分（见模型“第一种方法”）在这种方法中，模拟二衬是通过模型/边界/修改单元属性，把初支单元的属性修改为初支+二衬（材料不发生变化，只是特性的厚度由初支的厚度变化为初支+二衬的总厚度）的材料属性；然后施工阶段施做支护阶段，把该边界条件激活。这种方法的思路在于：把二衬作为初支的厚度增加，来考虑二衬添加后支护增强的效应。图1修改单元属性。1北京迈

2、达斯技术有限公司二衬在GTS中的模拟这种方法的优势在于：建模简单，在考虑初支的模型基础上只需要添加加厚度的“修改单元属性”命令，就可以近似的考虑二衬的支护作用。缺点在于：不能将初支和二衬的内力分别显示，只能把两者对围岩总的支护效应体现出来；不能够考虑初支和二衬之间的相互滑移。2、初支和二衬都使用梁单元建立。（见模型“第二种方法”）这种方法中，在第一次析取线单元生成初支的基础上，再次析取线单元生成二衬。在这种模拟方法的思路在于：初支和二衬在同一位置的梁单元，单元完全重合；二衬作为二次支撑结构来受力。初支——梁单元核心土——平面应变单元二衬——梁单元这种方式的优势在于：建模相对简单，计算结果中可以

3、对初支和二衬的结果进行分别显示；可以显示初支和二衬的内力图。缺点在于：不能够考虑初支和二衬之间的相互滑移。3、初支使用梁单元，二衬采用平面应变单元。（见模型“第三种方法”）这种方法中，初支采用梁单元，二衬采用平面应变单元模拟。这样二衬的位置在开挖之前属于岩土材料，因此需要考虑这部分网格重新激活问题。有两种方式可以实现：第一种，使用模型/边界/修改单元属性，把岩土材料修改成二衬的混凝土材料，当成一种边界条件，在二衬施加的阶段把这部分网格重新激活，然后把定义的边界条件激活；第二种，在二衬的位置划分两次网格，分别赋予岩土和混凝土材料参数，在相应的阶段将这两种网格激活或钝化。初支——梁单元核心土——平

4、面应变单元其中推荐二衬用第二种方式，因为第一种方式不——平面应变单元能使用荷载释放来模拟二衬和初支分别承担的力的情况。这种方式的优势：能够模拟变截面二衬或者二衬厚度较大的模型，常用于地铁和连拱隧道。缺点：建模比较复杂；二衬的内力不能够显示；不能够考虑初支和二衬之间的相互滑移。2北京迈达斯技术有限公司二衬在GTS中的模拟4、考虑初支和二衬之间的相互滑动。（见模型“第四种方法”）这种方法中，初支和二衬的设置同3。关键点是：初支和二衬之间的相互连接方式采用接触单元的形式进行模拟。模型“第四种方法”中需要注意的地方是：由于初支和围岩的采用完全耦合连接，因此在设置接触单元的时候是在初支围岩和二衬之间建立

5、接触。这样在初始状态下，围岩部分和二衬部分的节点是断开的，因此需要建立刚性连接单元。在计算初始应力场时，将刚性连接单元激活。附录各种方式计算结果对比现将各个模型计算的结果对比如下（二衬支护阶段）：X方向位移dx云图第一种方法第二种方法3北京迈达斯技术有限公司二衬在GTS中的模拟第三种方法第四种方法Z方向位移dz云图第一种方法4北京迈达斯技术有限公司二衬在GTS中的模拟第二种方法第三种方法第四种方法初支轴力Fx云图5北京迈达斯技术有限公司二衬在GTS中的模拟第一种方法第二种方法（左侧初支，右侧二衬）第三种方法6北京迈达斯技术有限公司二衬在GTS中的模拟第四种方法初支弯矩Mz云图第一种方法第二种方

6、法（左侧初支，右侧二衬）7北京迈达斯技术有限公司二衬在GTS中的模拟第三种方法第四种方法塑性区第一种方法8北京迈达斯技术有限公司二衬在GTS中的模拟第二种方法第三种方法第四种方法通过对围岩位移以及支护结构受力情况进行对比可以得出如下结论：使用梁单元来模拟二衬（第一、第二种方法），支护结构的刚度大，所以围岩变形小，支护受力大；用面单元来模拟，反之。9