loadingBasic Tutorials
Section 1 学习目的及概要
Chapter 1. 二维隧道施工阶段分析
二维隧道施工阶段分析 1.1 学习目的 隧道分析的主要目的是为了掌握特定设计及施工过程的可靠性及稳定性问题。通过数值分析，识别隧道施工时在隧道周边发生的变形及下沉，综合分析喷射混凝土及锚杆的应力，可以在施工前预测施工时可能发生的问题。分析上需要的输入材料有地面特征值、岩土的初始应力、支撑物特性值等，岩土的初始应力对隧道响应带来很大的影响，所以需要一边修改参数（侧压力系数）一边执行隧道的稳定性评估。
通过本例题可以学习如下主要功能及分析方法。 ? 引入几何形状 ? 定义岩土/结构物性 ? 网格设计 ? 初次支撑材料 喷混Shotcrete, 锚杆Rockbolt 的建模 ? 修改物性(分析前, 分析中) ? 定义施工阶段(勾选LDF) ? 参数分析 ? 输出结果分析 – 施工阶段分析结果图及表。
Chapter 1. 二维隧道施工阶段分析 | 1
Basic Tutorials
Chapter 1. 二维隧道施工阶段分析
1.2 模型及分析概要
本模型是内部有一个隧道的山地地形的切面形状。地层由上部分布4m层厚的粉砂、下部为风化岩、二等级岩的地层构成。在初始地应力状态上形成开挖后，设置初次支撑材料的喷混Shotcrete和锚杆Rockbolt，模拟喷混Shotcrete硬化以后的阶段。 ? 分析切面
定义岩土及结构材料后，在创建网格时定义分配给各单元的特性。
2 | Chapter 1. 二维 隧道施工阶段分析
Basic Tutorials
Section 2 设置分析条件
? 设置分析条件
Chapter 1. 二维隧道施工阶段分析
[启动附加的开始文件(01_1arch_start)] *
: 分析 > 分析工况 >设置 (Analysis > Analysis Case > Setting) ? 设置模型种类、重力方向及初始变量。确认分析时使用单位制。在建模过程及确认分析结果时可以修改单位制。根据设置的单位制将自动换算输入参数。 ? 本例题为二维形状，单位制使用SI单位(kN,m)。 ?
通过右侧下端的单位转换，可以轻松地变换输入单位制后输入。 二维的情况下，在 XY坐标平面上形成，三维的情况下，可以按Y方向或者Z方向定义重力加速度方向。
Chapter 1. 二维隧道施工阶段分析 | 3
Basic Tutorials
Chapter 1. 二维隧道施工阶段分析
Section 3 定义材料及结构材料
3.1岩土及结构材料定义 岩土材料的情况，按 Mohr-Coulomb 模型定义，结构材料的情况下，适用不考虑非线性的Elastic模型。二等级岩的情况下，根据K0值，定义共计4个的材料特性。 各地层/结构构件上使用的材料如下表。 [单位 : KN, m] ? 表. 岩土材料 名称 材料 模型类型 一般 弹性系数(E) 泊松比(v) 单位重量(r) K0 多孔性材质 单位重量(饱和) Initial Void Ratio(e0) 排水参数 非线性 粘着力(C) 摩擦角
粉砂 各向同性 Mohr-Coulomb 2.0E+04 0.35 18 0.5 19 0.5 排水 0 30 风化岩 各向同性 Mohr-Coulomb 2.0E+05 0.33 21 0.5 22 0.5 排水 30 33 二等级岩-1 各向同性 Mohr-Coulomb 1.0E+07 0.22 26 0.5 27 0.5 排水 3000 43 二等级岩-2 各向同性 Mohr-Coulomb 1.0E+07 0.22 26 1.0 27 0.5 排水 3000 43 二等级岩-3 各向同性 Mohr-Coulomb 1.0E+07 0.22 26 1.5 27 0.5 排水 3000 43 二等级岩-4 各向同性 Mohr-Coulomb 1.0E+07 0.22 26 2.0 27 0.5 排水 3000 43 ? 定义岩土材料-一般 ??定义岩土材料-多孔性材质 ???定义岩土材料-非线性
4 | Chapter 1. 二维 隧道施工阶段分析
Basic Tutorials
? 表. 结构材料 ? 结构材料的定义
Chapter 1. 二维隧道施工阶段分析
[单位 : KN, m] 名称 Soft S/C Hard S/C Rockbolt 材料 各向同性 各向同性 各向同性 模型类型 Elastic Elastic Elastic 弹性系数(E) 0.5E+07 1.5E+07 2.10E+08 泊松比(v) 0.3 0.3 0.3 单位重量(r) 24 24 78
材料特性可以从现有分析文件中引入信息，也可以从按格式整理的Excel文件格式中引入数据。 结构材料的情况下，可以勾选模型类型旁边的[结构]来定义。在勾选了结构选项的情况下，不考虑相应材料的相关水位参数。 3.2 定义特性 岩土特性的情况下，设置所使用的岩土材料，结构特性的情况下，添加设置结构构件种类及切面形状（切面刚性）。 抵抗拉压/剪切/弯曲的喷射混凝土，使用 Beam 单元，只能抵抗拉力的锚杆，使用 Truss单元。 Beam 单元是基于 2-3个的节点定义的一维线单元，与切面的尺寸相比，主要在长度长的构件受弯曲变形时可以使用。对长度的切面的宽度以及高度比大于 1/5 的情况下，基于剪切变形的影响非常大，因此，最好使用shell 单元或 solid单元而不是beam单元。 Truss 单元是基于2个节点定义的一维线单元，一般与空间桁架(space truss) 以及对角拉条(diagonal brace) 等相比，可以在模拟长度较长的构件时使用。主要在建模忽略弯曲行为的结构性单元如锚、钉、锚杆时使用。 各结构构件的特性如下表。
Chapter 1. 二维隧道施工阶段分析 | 5