隧道開挖的案例
隧道開挖過程的CEL三維大變形有限元模擬
1.研究背景
隧道開挖可能會造成嚴重的地表沉降，從而導致地面建筑物和人民的財產損失。因此研究隧道的開挖過程對附近建筑物的安全至關重要。同時研究刀盤的推力和扭矩能有效地控制開挖速度，保證隧道的安全施工。
隧道開挖時，土體發生了顯著的變形，傳統的小變形由于嚴重的網格畸變無法模擬土體的大變形過程，因此采用耦合的歐拉朗格朗日大變形有限元方法（CEL）。
圖1：盾構機實物圖
2.模型幾何參數
如圖2所示，隧道直徑D = 6 m，埋深（土表面到隧道中心）H = 1.5 D ，刀盤的開孔率0.25，刀盤前進速度v = 0.05 m/s，刀盤轉速w = 0.2 rad/s。安裝后的初始模型如圖3所示。
圖2：刀盤、襯砌和土體的模型
圖3：安裝后的初始模型
3.材料參數
有限元模型如圖4所示，其中材料參數如下：
（1）土體采用摩爾庫倫彈塑性材料，黏聚力5 kPa，摩擦角25°，彈性模量100 Mpa，泊松比0.3，密度1600 kg/m3；
（2）刀盤采用彈性材料，彈性模量200 Gpa，泊松比0.3；
（3）襯砌采用彈性材料，彈性模量2.3 Gpa，泊松比0.15。
圖4：隧道開挖的有限元模型
4.結果分析
（1）土體變形
不同時刻t，不同開挖距離L時，土體的變形如圖5。土體發生了嚴重的變形，從刀盤的開口處流入圓形的襯砌。CEL方法能有效地模擬開挖過程中土體的大變形。
圖5：隧道開挖的過程和土體的變形
（2）刀盤推力和扭矩
開挖過程中刀盤的推力和扭矩隨開挖時間如圖6和7所示。
展開 隧道開挖三維模擬-1
1、引言
早期的隧道開挖模擬常假設為二維平面應變問題，為了反映隧道開挖面引起的應力松弛，學者們提出了不同的處理方式，如convergence-confinement method（或Stress relief method）（圖1），progressive softening method（圖2）, gap method（圖3）等。這些方法沒有完整體現開挖的三維效應。
圖1
圖2
圖3
隧道開挖的三維模擬一般通過“step-by-step”的形式實現，即首先無支撐下開挖一段土體（單元移除），然后在相應位置設置襯砌管片，然后進行下一步開挖。近年來也有學者嘗試完整模擬真實的開挖過程，如開挖機具（盾構）推進、灌漿等https://doi.org/10.1002/nag.395)。本系列首先介紹step-by-step分步三維開挖模擬方法。
2、算例要點
（1）考慮彈性模量隨深度變化（Gibson地基）：利用材料參數的溫度相關性。
（2）利用蒙皮（skin）模擬襯砌。
（3）利用單元生死模擬隧道施工。
3、算例概況
該算例改編于Franzius J N. Behaviour of buildings due to tunnel inducedsubsidence[D]. Department of Civil and Enviromental Engineering. ImperialCollege of Science, Technology and Medicine. London, SW7 2BU, 2003.利用對稱性，模型如圖4所示，在地面以下30.5m開挖一個直徑4.75m的隧道，開挖沿x負向進行。
展開 abaqus雙線盾構隧道開挖數值模擬案例 ￥168
該案例為多層土體的雙線盾構隧道開挖，考慮了掌子面推進力和注漿壓力，模型為完整模型，不存在跑不通，有ODB結果，購買后支持售后講解，包括如何實現注漿硬化階段，地應力平衡的意義等。
附件包含雙線盾構隧道開挖的數值模擬模型以及運算結果ODB，購買后可聯系博主進行答疑。
該模型為博主自己手搓，杜絕不明不白的教程，模型上傳的目的是為了幫助大家，避免收到各類低質教程的迫害從而浪費時間。
隧道開挖模擬-2
隧道開挖引起土體隆起不一定都是莫爾庫倫模型的錯，接觸面的激活也有影響。
鏈接：https://pan.baidu.com/s/1fJtEUgBLBWcgbX9SJp9M5w
提取碼：kydd
為了模擬襯砌和周圍土體的接觸，可在襯砌周邊和土體界面上設置接觸對。按照施工順序，通常在Geostatic分析步移除襯砌單元，然后在第一步開挖中移除土體，在第二步中激活襯砌單元和接觸對。但是由于土體在第一步開挖后向隧道內變形（相應節點跑到了襯砌內部），激活襯砌及接觸對后，ABAQUS會認為接觸對兩側有overclosure，會在激活步中進行調整，使得隧道和土體產生向上的變形，與實際情況不符。圖1是一個平面算例開挖后的豎向位移，圖2是激活襯砌及接觸對后的豎向位移。盡管激活步中沒有施加任何荷載，土體還是出現了明顯的上抬變形。
圖1
圖2
要解決這一問題，必須讓激活后的襯砌的節點位置與開挖后土體變形相協調。這里給出一個簡單的思路：在襯砌位置處設置兩套共節點的重疊單元，單元集1采用較小的模量，在分析中一直保留；單元集2為真實的襯砌單元，在開挖后激活。
展開 
基于LS-DYNA的臨近隧道爆破開挖模擬建模分析 附LS-DYNA自定義本構子程序基本流程下載
LS-DYNA臨近隧道爆破開挖模擬建模分析
作者：turtle（在讀碩士）
擅長：hypermesh/dyna
開挖隧道初襯和既有隧道襯砌震速云圖：
開挖隧道初襯和既有隧道襯砌應力云圖：
數值模型的建立
臨近隧道爆破開挖模擬分析，采用流固偶合方法。巖石襯砌為solid單元，空氣炸藥為solid_ALE單元。炸藥和空氣采用ALE算法，并實現流固耦合的動態分析。巖石和襯砌共節點連接，空氣和炸藥共節點連接，空氣炸藥與巖石襯砌做流固偶合。采用cm-g-us單位制，爆破時間為0.2S。
幾何模型及網格劃分：
2.結果分析
2.1 開挖隧道初襯某測點震速時程曲線
2.2 不同時刻襯砌應力云圖
下載地址：LS-DYNA自定義本構子程序基本流程
展開 『原創』基于FLAC3D的連拱隧道開挖與支護
基于FLAC3D的連拱隧道開挖與支護
摘 要：本文在探討連拱隧道兩種常見的施工方法的基礎上，利用有限差分軟件FLAC3D對某處工程問題所引起地表沉降進行了數值模擬，編寫了自動開挖數據記錄程序，實現了連拱隧道全自動開挖和數據記錄，得到了較好的結果，同時也給工程實際提供了有價值的參考。
關鍵詞：連拱隧道 數值模擬 有限差分 開挖與支護
論文已經發表
模型如下
李圍《隧道flac》6.3實例隧道開挖（有文有圖有錯誤修正）
本人將書中的例子完整地做了一遍，李圍《隧道及地下工程FLAC解析方法》第6章中的三個例子完整地做了一遍，受益良多。也發現了書中錯誤太多，對于新手來說正是難上加難。本上傳上自己的學習過程。對書中自己發現的錯誤進行了改正。各過程的模型與計算結果均截圖保存。有文有圖有錯誤修正哦，希望新手會喜歡~~~
首先上傳的是 6.4IV級圍巖施工過程模擬中的例子。是全斷面開挖。這是第6章三個例子中最簡單的，所以我先上傳了這個。
還有上下臺階發與crd法會隨后上傳
李圍《隧道flac》6.3實例隧道開挖（有文有圖有錯誤修正）.rar
煤礦開采/生死單元/地應力平衡/ABAQUS/基坑開挖/隧道開挖/摩爾-庫倫模型等 ￥300
本教程以煤層開挖過程為例，在ABAQUS中建立仿真模型，結合地應力平衡、生死單元（Model change）、 Mohr-Coulomb 模型等開展仿真分析。
仿真模型可用以分析煤層開挖過程中的巖體變形及破壞情況，地應力平衡、生死單元功能可拓展用于基坑開挖、巷道開挖、隧道開挖等工程分析。
詳細設計及操作過程請下載附件，附件內包含2維開挖模型，3維逐步開挖模型，3維逐層開挖模型等3種模型源文件，學習過程中若存在問題，可詢2923247172@qq.com。
展開 隧道開挖三維模擬 ￥40
模型介紹：
隧道開挖三維模擬，首先進行地應力平衡，而后進行第一次、第二次土體開挖，并用襯砌進行土體支撐。
相關模型見付費內容。凡購買本案例的朋友針對收費內容部分有疑問，可以一起交流。
ABAQUS環形隧道開挖的施工模擬Step by Step ￥3
ABAQUS環形隧道開挖的施工模擬-01-10.pdf
abaqus模擬二維隧道開挖對輸電塔的影響 ￥60
abaqus模擬二維隧道開挖對輸電塔的影響，模型文件
Marina Bay公共服務隧道開挖和支護分析
Marina Bay公共服務隧道開挖和支護分析
為了適應Marina Bay地區所需要的公共服務，需要建設一條提供公共服務的隧道－CST。CST采取的是明挖法，開挖基坑采用臨時擋土系統，距地表開挖深度從10米變化到28米。所采用的臨時擋土系統結合了支護樁和板樁。鉆孔灌注樁也預先裝入開挖地區來支撐后來建筑的隧道。
該項目采用GeoFEA軟件建立了CST某工程段三維有限元分析模型，并模擬了各種工程地質條件下，預先裝入的鉆孔樁時開挖引起的土體沉降變形及鉆孔灌注樁的彎矩和剪力。
隧道開挖流固耦合分析案例分享
下面分享一個midas GTS NX隧道流固耦合的簡單例子。
無論是滲流分析還是動力分析，前面的幾何及網格操作都是一樣的，這里不再贅述，可以觀看該賬號發布的其他視頻或者文章。在做流固耦合之前，需要把相關參數弄清楚，比如滲透系數，飽和容重，如果要考慮土體非飽和特性，還要加上非飽和特性函數。
流場或者動力分析與靜力分析不同的在于邊界與荷載的不同。根據實際施工情況、施工步驟，隧道埋深情況，水源補給條件等確定好模型的流場邊界，并在MIDAS GTS NX中建立好應力-滲流-邊坡的施工階段組，具體施工階段為：
當前隧道開挖工況為盾構施工，具體施工階段比較復雜，這里只列舉簡單應力施工階段。最后得到的結果的位移圖，總水頭，壓力水頭，流勢線圖分別如圖所示。并可以根據土力學原理或者軟件自動計算出流量大小。
展開 隧道開挖地層損失產生的土拱效應
首先講一下模擬步驟：
成樣 - 預壓 - 加自重 - 染色 - 開挖
前面四個步驟前面都講過了，這里講一下隧道開挖的模擬。我們采用剛性墻wall來模擬隧道，wall不可以因為力和位移或者變形。所以這里就必須對地層損失的形態進行改變，如下圖所示為常用的地層損失的模擬形態：
假定襯砌已經因為重力下沉，開挖面和襯砌相切。地層損失率的計算為：
[suidaobanjing=6.6*0.5*wlx/40.0][suidaoshendu=10*wlx/40.0][sunshilv=14e-2]
[waibuR=math.sqrt((1+sunshilv)*suidaobanjing^2)][g=waibuR-suidaobanjing]
需要自己定義隧道半徑，隧道深度，地層損失率，然后自動計算后面的外部半徑和g。這里為了擺脫顆粒數的影響，半徑很大，深度比較小，地層損失率也比較大。
完整開挖代碼如下，前面的部分就不放了，用戶可以認真學一下邊坡那個文章（PFC模擬砂土滑坡），注意這里模型尺寸為40*20。
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購買該視頻的朋友應該都是剛接觸隧道開挖模擬計算， 對ABAQUS軟件的操作或盾構隧道施工工藝不太熟悉， 若大家在建模計算的過程中遇到問題，可以隨時聯系老師答疑。
