隧道及地下工程ANSYS分析地铁盾构隧道掘进施工过程三维仿真分析Word文件下载.docx
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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
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
save!
保持数据
2.建立平面内模型并划分单元
(1)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
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
(2)划分单元,如图10-1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!
lesize,8,,,2
lesize,9,,,2
amesh,2!
对面2划分单元
lesize,5,,,6!
lesize,10,,,1
lesize,11,,,1
amesh,3!
对面3划分单元
lesize,12,,,3!
lesize,13,,,3
lesize,6,,,3
lesize,7,,,3
lesize,14,,,8,2
lesize,16,,,8,0.5
amap,4,7,6,8,10!
对面4采用MAP方式划分单元
amap,5,9,8,11,12!
(3)利用对称性划分单元得到下半部分模型,如图10-2所示。
arsym,y,all!
以y轴为对称轴进行镜像操作
allsel,all!
选择所有元素
(4)建立隧道下方土层模型,如图10-3所示。
rectng,0,4.5,-4.5,-26!
绘制下边界矩形面
rectng,4.5,31.5,-4.5,-26
lesize,28,,,3!
lesize,29,,,5,0.5
lesize,30,,,5,2
lesize,32,,,5,0.5
lesize,31,,,8,2
amesh,11!
对面11和12划分单元
amesh,12
(5)建立隧道上方土层模型,如图10-4所示。
rectng,0,4.5,4.5,15!
绘制上边界矩形面
rectng,4.5,31.5,4.5,15
lesize,34,,,3!
lesize,35,,,4
lesize,33,,,4
lesize,36,,,4
lesize,37,,,8,0.5
amesh,13!
对面13和14划分单元
amesh,14
(5)利用对称性得到平面内的全部模型,如图10-5所示。
arsym,x,all!
以x轴为对称轴进行镜像操作
保存数据库
3.建立三维有限元模型
(1)通过沿隧道轴线进行拉伸,得到隧道及其所在地层的三维实体模型
沿隧道轴线定义一系列关键点,点间距为3m
*do,i,1,20!
循环20次
k,,0,0,-3*i!
每次增加3m(纵向)
*enddo
沿着这些点建立线,便于后来体的拉伸
l,3,38!
根据关键点生成线
*do,i,1,19
l,37+i,38+i!
通过关键点号循环增加生成线
*do,i,1,20
lesize,64+i,,,1!
循环对线设置单元数
进行拉伸,拉伸后建立的完整模型如图10-6所示
type,1!
选择拉伸单元为Solid45
mat,1!
赋予拉伸单元材料参数
esys,11!
选择单元坐标
extopt,aclear,1!
设置拉伸选项,即拉伸完成后删除母单元Mesh200
csys,12
*do,i,1,20
asel,s,loc,z,-3*(i-1)!
选择拉伸的面
vdrag,all,,,,,,64+i!
进行拉伸
numcmp,all!
存储数据库
(2)分层赋给土体材料参数。
赋予隧道所在地层材料参数
csys,0!
改变坐标系
nsel,s,loc,y,-10.5,5!
选择节点
esln,s!
选择单元
mpchg,2,all!
改变材料参数
赋予基岩材料参数
nsel,s,loc,y,-11,-26!
mpchg,3,all!
10.2掘进过程三维仿真分析
10.2.1加载与自重应力场求解
1.施加边界条件
(1)并进行求解设置。
Finish!
返回上一次主菜单
/solu!
进入求解器
/view,1,-1,0.5,1!
改变视图显示方向
/replot!
重新绘制
eplot!
显示单元图
nsubst,10!
指定荷载子步
nlgeom,on!
指定大变形
nropt,full!
指定newton-lapnace迭代
pred,on!
启用非线性求解预测器
lnsrch,on!
启用线性搜索
outres,all,last!
选择将每一子步的最后一个迭代计算步结果保存
(2)施加约束条件。
nsel,s,loc,x,-31.5!
d,all,ux!
施加X方向约束
nsel,s,loc,x,31.5!
nsel,s,loc,y,-26!
d,all,uy!
施加Y方向约束
nsel,s,loc,z,0!
nsel,a,loc,z,-60
d,all,uz!
施加Z方向约束
allsel,all
acel,0,10,0!
施加重力
step=0!
用于记录计算步的参数
2.自重应力场求解与后处理
(1)求解自重应力场。
time,1!
第1个荷载步(时间步)
solve!
求解
finish!
(2)自重应力场后处理。
/POST1!
进入后处理器
PLNSOL,S,Y,0,1!
SY应力图如图10-8所示
PLNSOL,U,Y,0,1!
UY位移图如图10-9所示
10.2.2加载与自重应力场求解
1.第1步开挖模拟分析
(1)第1步开挖中第1个计算步的命令流。
antype,,rest!
设定分析类型为重启动分析,重启动点默认为上次求解结束时
time,2!
设定时间步
AUTOTS,1!
自动增加计算步
DELTIM,0.1,0.001,0.2,1!
时间步选项设置
csys,12!
将当前坐标变为前面自定义的极座标
wpcsys,-1
vsel,s,loc,x,0,3.2!
选择体
vsel,r,loc,z,0,-3!
再选择体
eslv,s!
ekill,all!
杀死开挖土体单元,包括核心图、管片层、注浆层
asel,s,loc,x,0,3.19!
选择面
asel,r,loc,z,-3
SFA,all,1,PRES,0.3e6!
施加掌子面顶进压力
asel,s,loc,x,3.2!
asel,r,loc,z,0,-2.9
SFA,all,1,PRES,0.15e6!
施加注浆压力
返回上一主菜单
(2)第1步开挖中第1个计算步的命令流。
/solu!
重新启动
time,3!
第三次计算
AUTOTS,1
DELTIM,0.1,0.001,0.2,1
wpcsys,-1!
改变工作坐标系
vsel,s,loc,x,0,2!
vsel,r,loc,z,0,-3
杀死核心土单元
vsel,s,loc,x,2,2.3!
mpchg,4,all!
改变管片单元材料参数
vsel,s,loc,x,2.3,2.7!
esl
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