在不规则底层下三维隧道开挖阶段的APDL分析.docx
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在不规则底层下三维隧道开挖阶段的APDL分析
该模型是借鉴MidasGTS的三位隧道施工阶段分析实例建的ANSYS模型分析.
①在XX文库或则MidasGTS官网都能下载该实例
②介于电脑性能问题我模型的深度只有20m,其实可以按需要修改前面的深度参数
③该模型仅用于学习,也许建模方法,很多网格划分细节,参数设置等问题都可以进一步完善。
根据自己的能力适当修改吧!
底层数据
ANSYS建模
自重初始应力
岩土层初始等效应力云图(Pa)
岩土层初始等效位移云图(m)
第一施工阶段
第一施工阶段岩土等效应力云图
第一施工阶段岩土位移变化云图
第一施工阶段岩土位移变化云图
第一施工阶段衬砌应力等效云图
第一施工阶段锚杆轴力图
第四施工阶段
第四施工阶段岩土等效应力云图
第四施工阶段岩土位移变化云图
第四施工阶段岩土位移变化云图
第四施工阶段岩土等效应力云图
命令流
!
3DtunnelconstructionphaseAPDLanalysis
!
该模型是借鉴MidasGTS的三位隧道施工阶段分析实例建的ANSYS模型分析.
!
①在XX文库或则MidasGTS官网都能下载该实例
!
②介于电脑性能问题我模型的深度只有20m,其实可以按需要修改前面的深度参数
!
③该模型仅用于学习,也许建模方法,很多网格划分细节,参数设置等问题都可以进一步完善。
根据自己的能力适当修改吧!
FINI
/CLE
/TITLE,THEANALYSISOFTHETUNNEL
!
定义几何参数设定,单位m
!
材料参数设定
!
单位转换
TONF_N=1.00361E-4!
(TONF)=TONF_N*1(N)
TON_KG=9.84207E-4!
(TON)=TON_KG*1(KG)
G=9.80665!
重力加速度M/S^2,国际标准TON_KG/TONF_N
!
土
E_R_1=5000/TONF_N!
弹性模量,PA
U_R_1=0.3!
泊松比
DENS_R_1=1.8/TON_KG!
密度,KG/M^-3,容重转换
C_R_1=2/TONF_N!
凝聚力,PA
FI_R_1=30!
内摩擦角
FTK_1=2/TONF_N!
抗拉强度
!
软岩
E_R_2=50000/TONF_N!
弹性模量,PA
U_R_2=0.3!
泊松比
DENS_R_2=2.3/TON_KG!
密度,KG/M^-3
C_R_2=2/TONF_N!
凝聚力,PA
FI_R_2=33!
内摩擦角
FTK_2=20/TONF_N!
抗拉强度
!
硬岩
E_R_3=200000/TONF_N!
弹性模量,PA
U_R_3=0.25!
泊松比
DENS_R_3=2.5/TON_KG!
密度,KG/M^-3
C_R_3=20/TONF_N!
凝聚力,PA
FI_R_3=35!
内摩擦角
FTK_3=300/TONF_N!
抗拉强度
!
喷射混凝土
E_1=1.5E5/TONF_N!
弹性模量,PA
U_1=0.2!
泊松比
DENS_1=2.4/TON_KG!
密度,KG/M^-3
ALPX_1=1E-6!
热膨胀系数
ALPY_1=1E-6!
热膨胀系数
ALPZ_1=1E-6!
热膨胀系数
PH_H=0.16!
锚喷的高度M
!
Φ25锚杆,ANCHORROD
E_2=2E7/TONF_N!
弹性模量,PA
U_2=0.3!
泊松比
DENS_2=7.85/TON_KG!
密度,KG/M^-3
ALPX_2=1.2E-5!
热膨胀系数
AM=0.0005067!
锚杆截面面积M^2
LM=4!
锚杆长度M
!
======================
!
========前处理========
!
======================
/PREP7
!
=====定义单元类型=====
ET,1,95!
定义SOLID95单元,岩土单元
ET,2,93!
定义SHELL93单元,喷射混凝土单
ET,3,8!
定义LINK8单元,锚杆单元
ET,4,82!
定义辅助平面82单元
!
=====定义材料属性=====
!
岩层断面
!
材料编号:
土为1,软岩为2,硬岩为3
*DO,I,1,3,1
MP,EX,I,E_R_%I%!
围岩弹性模量
MP,PRXY,I,U_R_%I%!
围岩泊松比
MP,DENS,I,DENS_R_%I%!
围岩密度
TB,DP,I
TBDATA,1,C_R_%I%,FI_R_%I%,,!
内聚力和摩擦角
*ENDDO
!
TB,BKIN,I!
等向随动强化
!
TBDATA,1,,FTK_%I%
!
喷射混凝土和锚杆
!
材料编号:
混凝土喷射为4,锚杆为5
MP,EX,4,E_1!
混凝土弹性模量
MP,PRXY,4,U_1!
混凝土泊松比
MP,DENS,4,DENS_1!
混凝土密度
MP,ALPX,4,ALPX_1!
热传递系数
MP,ALPY,4,ALPY_1!
热传递系数
MP,ALPZ,4,ALPZ_1!
热传递系数
MP,EX,5,E_2!
混凝土弹性模量
MP,PRXY,5,U_2!
混凝土泊松比
MP,DENS,5,DENS_2!
混凝土密度
MP,ALPX,5,ALPX_2!
热传递系数
!
=====定义实常数=====
R,1,!
岩层深度
R,2,PH_H,PH_H,PH_H,PH_H!
喷射混凝土厚度的实常数
PI=ACOS(-1)
R,3,AM!
锚杆
!
=====几何模型创建=====
!
====右下角为坐标系原点===
!
三心园的方式创建创建隧道截面
D0=12!
岩层长度
L1=11.7!
隧道底部宽度
R1=6.5!
R2=6!
A1=60
A2=55
D_MG=1.5!
锚杆间距
NM=13!
奇数
!
土层尺寸
H1=60!
硬岩层高度
W=110!
土层宽度
X1=40$Y1=30!
隧道位置
!
施工阶段的参数
D_SD=2!
每个施工阶段的深度
DN=D0/D_SD
!
土层的参数
NX=11!
X方向点的个数
NZ=DN+1!
Z方向点的个数
DDX=W/(NX-1)
DDZ=D0/(NZ-1)
!
创建隧道截面
!
采用高阶几何创建这样就可以不用考虑关键点编号的问题
*AFUN,DEG
/PNUM,KP,ON
NM1=NINT(A1*R1*PI/180/D_MG-MOD(A1*R1*PI/180,D_MG))
NMT=NM1*2+1
J1=D_MG/R1*180/PI
J2=A1-NM1*J1
PL1=(A1-J1*NM1)*R1*PI/180
PL2=D_MG-PL1
J3=D_MG/R2*180/PI
J4=PL2/R2*180/PI
NM2=(NM-1-NM1*2)/2
NMB=NM2*2
PCIRC,R1,R1+LM,90-A1,90+A1
CSYS,1
K,100,R1-R2,90-A1$K,101,R1-R2,90+A1
CSYS,0
LOCAL,11,1,KX(100),KY(100),
WPCSYS,,11
PCIRC,R2,R2+LM,90-A1,90-A1-J4-(NM2-1)*J3
CSYS,0
LOCAL,12,1,KX(101),KY(101),
WPCSYS,,12
PCIRC,R2,R2+LM,90+A1,90+A1+J4+(NM2-1)*J3
AADD,ALL
NUMMRG,KP
ALLSEL
LSEL,U,LENGTH,,LM
CSYS,1
LSEL,R,LOC,X,0,R1
LCOMB,ALL
ALLSEL
LSEL,U,LENGTH,,LM
CSYS,1
LSEL,R,LOC,X,R1+1,R1+LM
LCOMB,ALL
ALLSEL
CSYS,0
WPCSYS,,11
WPROTA,,90
WPROTA,,,90-A1-J4-(NM2-1)*J3
*DO,I,1,NM2-1,1
WPROTA,,,J3
ASBW,ALL
*ENDDO
WPCSYS,,0
WPROTA,,90
WPROTA,,,90-A1+J2$ASBW,ALL
*DO,I,1,2*NM1,1
WPROTA,,,J1
ASBW,ALL
*ENDDO
WPCSYS,,12
WPROTA,,90
WPROTA,,,90+A1
*DO,I,1,NM2-1,1
WPROTA,,,J4
ASBW,ALL
*ENDDO
!
改变线的方向
CSYS,11$LSEL,S,LOC,X,R2$LSEL,R,LOC,Y,90-A1-J4-(NM2-1)*J3,90-A1-J4-(NM2-1)*J3+J3
LREVERSE,ALL
CSYS,12$LSEL,S,LOC,X,R2$LSEL,R,LOC,Y,90+A1+J4+(NM2-1)*J3,90+A1+J4+(NM2-1)*J3-J3
LREVERSE,ALL
ALLSEL
!
CSYS,11
K,200,R2,90-A1-A2
L,200,KP(R2,90-A1-J4-(NM2-1)*J3,0)
CSYS,12
K,201,R2,90+A1+A2
L,KP(R2,90+A1+J4+(NM2-1)*J3,0),201
CSYS,0
L,201,200
ADELE,ALL
WPCSYS,-1
!
============定义硬岩层======
ALLSEL
CSYS,0
LOCAL,13,0,KX(200)+X1-W,KY(200)-Y1,-D0!
定义13坐标系
CSYS,0
LOCAL,14,0,KX(200)+X1-W,KY(200)-Y1,0!
定义14坐标系
WPCSYS,,14!
RECT,0,W,0,H1
ASBL,ALL,ALL
ASEL,S,,,14
CM,AA1,AREA
ASEL,INVE
ASEL,U,,,15
CM,AA2,AREA
ALLSEL
!
切割
!
水平切割
CSYS,0$WPCSYS,-1
WPROTA,,90$WPOFFS,,,6$ASBW,ALL
WPOFFS,,,-(11+R1+LM)$ASBW,ALL
!
竖直切割
WPROTA,,,90
CSWPLA,19,0
!
ASEL,U,LOC,X,0,20
WPOFFS,,,-(R1+LM+5)$ASBW,ALL
WPOFFS,,,2*(R1+LM+5)$ASBW,ALL
ALLSEL
!
CSYS,14
!
LSEL,S,LOC,Y,H1$LDIV,ALL,,,NX-1
ALLSEL
ASEL,S,,,25$CM,AA3,AREA
ASEL,INVE$CMSEL,U,AA1$CMSEL,U,AA2
CM,AA4,AREA
ALLSEL
!
==================拉伸成直线隧道=============
CSYS,0$WPCSYS,-1
K,1E3,$K,1E3+1,,,-D0$L,1E3,1E3+1
LSEL,S,LENGTH,,D0$LSEL,R,LOC,Y,0$LDIV,ALL,,,DN
CM,LL1,LINE
K,2E3,$K,2E3+1,,,-D0$L,2E3,2E3+1
LSEL,S,LENGTH,,D0$LSEL,R,LOC,Y,0$LDIV,ALL,,,DN
CM,LL2,LINE
K,3E3,$K,3E3+1,,,-D0$L,3E3,3E3+1
LSEL,S,LENGTH,,D0$LSEL,R,LOC,Y,0$LDIV,ALL,,,DN
CM,LL3,LINE
!
ALLSEL
CMSEL,S,AA1
VDRAG,ALL,,,,,,LL1
CM,SD_V,VOLU!
为隧道部分编组
VSEL,NONE
CMSEL,S,AA2
VDRAG,ALL,,,,,,LL1
CM,MG_V,VOLU!
为锚杆部分编组
VSEL,NONE
CMSEL,S,AA3
VDRAG,ALL,,,,,,LL2
CM,YYC_V0,VOLU!
为周围硬岩层编组
VSEL,NONE
CMSEL,S,AA4
VDRAG,ALL,,,,,,LL3
CM,YYC_V1,VOLU!
为周围硬岩层编组
ALLSEL
NUMMRG,KP
!
这样可以实现一些不重要关键点的编号进行重新编号
ALLSEL
KSEL,U,,,200,201
NUMCMP,KP
ALLSEL
/PNUM,KP,OFF
/VIEW,1,1,1,1
!
!
CMSEL,S,SD_V
!
CMSEL,S,MG_V
!
CMSEL,S,YYC_V0
!
CMSEL,S,YYC_V1
!
定义锚杆
LSEL,S,LENGTH,,LM$LSEL,R,TAN1,Z
CM,MG_L,LINE
*DO,I,1,DN,1
ALLSEL
CMSEL,S,MG_L
LSEL,R,LOC,Z,-D_SD-(I-1)*D_SD
CM,MG_L%I%,LINE
*ENDDO
ALLSEL
!
定义施工开挖施工隧道节段
*DO,I,1,DN,1
ALLSEL
CMSEL,S,SD_V
VSEL,R,LOC,Z,-(I-1)*D_SD,-I*D_SD
CM,SD_V%I%,VOLU
*ENDDO
!
定义喷射混凝土
CSYS,0
CMSEL,S,SD_V
ASLV,S$LSLA,S
LSEL,R,TAN1,Z
ASLL,U,1
CM,PH_A,AREA
CM,PH_L,LINE
*DO,I,1,DN,1
ALLSEL
CMSEL,S,PH_A
ASEL,R,LOC,Z,-(I-1)*D_SD,-I*D_SD
CM,PH_A%I%,AREA
*ENDDO
ALLSEL
CM,YYC_V,VOLU!
定义隧道及其周围部分的体积组
!
!
=========生成其他岩层=====
!
=======软岩层=====
!
先生成导线和引线
D1=60
NX1=11!
X方向点的个数
NZ1=11!
Z方向点的个数
DDX1=W/(NX1-1)
DDZ1=D1/(NZ1-1)
CSYS,13$WPCSYS,,13
ALLSEL$ASEL,NONE$VSEL,NONE$LSEL,NONE
K,1E4+1,0,80
K,1E4+2,30,78
K,1E4+3,60,84
K,1E4+4,90,79
K,1E4+5,110,80
K,1E4+6,115,80.1
BSPLIN,1E4+1,1E4+2,1E4+3,1E4+4,1E4+5,1E4+6
*GET,DX1,LINE,0,NUM,MIN
K,1E4+11,0,80,0
K,1E4+12,0,78,20
K,1E4+13,0,83,40
K,1E4+14,0,80,60
K,1E4+15,0,80.1,65
BSPLIN,1E4+11,1E4+12,1E4+13,1E4+14,1E4+15
*GET,DX2,LINE,0,NUM,MAX
ADRAG,DX1,,,,,,DX2
CSYS,13$WPCSYS,1,13
WPOFFS,,,D1
ASBW,ALL
ASEL,S,LOC,Z,D1,D1+200
ASEL,R,LOC,Y,H1+1,H1+50
ADELE,ALL,,,1
ASEL,S,LOC,Y,H1+1,H1+50
CSYS,13$WPCSYS,1,13
WPOFFS,W$WPROTA,,,90
ASBW,ALL
ASEL,S,LOC,X,W,W+200
ASEL,R,LOC,Y,H1+1,H1+50
ADELE,ALL,,,1
ASEL,S,LOC,Y,H1+1,H1+50
CM,RYC_A1,AREA!
定义线
LSLA,S
KSLL,S
VEXT,ALL,,,0,-50
NUMCMP,KP
NUMCMP,LINE
CM,RYC_V1,VOLU
!
删除不需要的部分
CSYS,13$WPCSYS,1,13
WPOFFS,,,D0$VSBW,ALL
VSEL,R,LOC,Z,0,D0
CM,RYC_V1,VOLU
VSEL,S,LOC,Z,D0,D1
VDELE,ALL,,,1
ALLSEL
!
=======土层和软岩层的生成=====
CSYS,13
WPCSYS,,13
WPOFFS,,H1-4
WPROTA,,90,
CMSEL,S,RYC_V1
VSBW,ALL
VSEL,S,LOC,Y,H1-4,200
CM,RYC_V1,VOLU
CMSEL,A,YYC_V
VSEL,INVE
VDELE,ALL,,,1
ALLSEL
CSYS,19$WPCSYS,1,19!
竖直切割
CMSEL,S,RYC_V1
WPOFFS,,,-(R1+LM+5)$VSBW,ALL
WPOFFS,,,2*(R1+LM+5)$VSBW,ALL
CM,RYC_V,VOLU
VSEL,S,LOC,X,0,100
VPTN,ALL
ASLV,S$LSLA,S
CSYS,13$WPCSYS,1,13
ALLSEL
NUMCMP,KP
NUMCMP,LINE
VSEL,R,LOC,Y,0,H1
CM,YYC_V,VOLU
VSEL,INVE
*DO,I,1,NZ-1,1
ALLSEL
CMSEL,U,YYC_V
WPOFFS,,,DDZ
VSBW,ALL
*ENDDO
ALLSEL
CMSEL,U,YYC_V
CM,RYC_V,VOLU
VSEL,INVE
CMSEL,U,SD_V
CMSEL,U,MG_V
CMSEL,U,YYC_V0
CM,YYC_V1,VOLU
ALLSEL
!
====================网格划分====================
CSYS,0$WPCSYS,-1
NMG=2
NPH=1
E_SIZE1=2
E_SIZE2=7
E_EIZE3=5
!
隧道及附近的划分
TYPE,1$MAT,3$REAL,1
ALLSEL
!
CMSEL,S,YYC_V0
CMSEL,A,SD_V
CMSEL,A,MG_V
ASLV,S$LSLA,S$KSLL,S
LSEL,R,TAN1,X$LSEL,R,TAN1,Y
LESIZE,ALL,,,1
!
CMSEL,S,MG_V
ASLV,S$LSLA,S
LSEL,R,LENGTH,,LM
LESIZE,ALL,,,NMG
!
隧道周围
ALLSEL
CMSEL,S,YYC_V
CMSEL,U,YYC_V1
ASLV,S$LSLA,S$KSLL,S
ASEL,R,LOC,Z,0
TYPE,4
ESIZE,E_SIZE1
MSHKEY,2
MSHAPE,0,2D
AMESH,ALL
!
ALLSEL
CMSEL,S,YYC_V1
CMSEL,A,RYC_V
ASLV,S$LSLA,S$KSLL,S
ASEL,R,LOC,Z,0
TYPE,4
ESIZE,E_SIZE2
AMESH,ALL
!
隧道及其周围的划分
TYPE,1
ALLSEL
*DO,I,1,DN,1
ALLSEL
CMSEL,S,YYC_V
CMSEL,A,RYC_V
VSEL,R,LOC,Z,-(I-1)*D_SD,-I*D_SD
VSWEEP,ALL
*ENDDO
!
软岩层的划分
ALLSEL
CMSEL,S,RYC_V
ESLV,S
MPCHG,4,ALL
ALLSEL
!
清楚面单元
CSYS,0
ALLSEL
ASEL,S,LOC,Z,0
ESEL,S,TYPE,,4
ASLE,R
ACLEAR,ALL
!
锚杆
ALLSEL
CMSEL,S,MG_L
LATT,5,3,3$LMESH,ALL
!
喷射混凝土
CMSEL,S,PH_L
LESIZE,ALL,,,NPH
CMSEL,S,PH_A
AATT,4,2,2
AMESH,ALL
ALLSEL
/VIEW,1,1,1,1
/AUTO,1
NUMMRG,NODE
NUMCMP,NODE
NUMCMP,ELEM
!
!
========================================
!
=========================求解分析========
!
=====================================
FINI
/SOLU
CSYS,13
NSEL,S,LOC,Y,0$D,ALL,UY
NSEL,S,LOC,X,0$NSEL,A,LOC,X,W$D,ALL,UX
NSEL,S,LOC,Z,0$NSEL,A,LOC,Z,D0$D,ALL,UZ
ALLSEL
CSYS,0$WPCSYS,-1
ANTYPE,STATIC!
指定为静力学求解类型
NLGEOM,ON!
打开大变形求解
!
NROPT,FULL!
设定全N-R求解
OUTRES,ALL,ALL!
输出所有项,每一步都输出
NSUB,60,100!
设定子步数为6,最大不超过10
!
载荷步1,求解自重应力场
ACEL,,G!
施加重力加速度9.8
ESEL,S,TYPE,,2,3,1!
选择
EKILL,ALL!
杀死单元
ALLSEL!
选择所有元素
SOLVE
SAVE,S1,DB
!
载荷步2,采用循环进行施工阶段分析
*DO,I,1,DN,1
ALLSEL
CMSEL,S,SD_V%I%,
ESLV,S
EKILL,ALL!
挖去左侧隧道下部的土
ALLSEL
CMSEL,S,MG_L%I%$CMSEL,S,PH_A%I%
ESLL,S
ESLA,A
EALIVE,ALL!
激活锚杆和软喷
NSLE,S!
选择当前单元中所有节点
DDELE,ALL,ALL!
删除当前选择集中所有节点的约束
!
这样可以实现内部节点的选择和约束
ALLSEL
ESEL,ALL!
选择所有单元
ESEL,S,LIVE!
选择所有活的单元
NSLE,S!
选择当前单元中所有节点
NSEL,INVE!
反向选择
D,ALL,ALL!
约束当前选择集中所有节点所有自由度
ALLSEL
SOLVE
NS=I+1
SAVE,S%NS%,DB
*ENDDO
!
载荷步3,第二段施工段
TIME,3
ALLSEL
CMSEL,S,SD_V2
ESLV,S
EKILL,ALL!
挖去左侧隧道下部的土
ALLSEL
CMSEL,S,MG_L2$CMSEL,S,PH_A2
ESLL,S
ESLA,A
EALIVE,ALL!
激活锚杆和软喷
N
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- 不规则 底层 三维 隧道 开挖 阶段 APDL 分析