圍巖的案例
基于ABAQUS的隧洞圍巖裂隙擴展二次開發及研究
摘 要：隧洞圍巖中含有天然裂隙,裂隙的不穩定發展影響隧洞圍巖的穩定性。為研究隧道圍巖內部裂隙擴展規律,以ABAQUS為平臺,將MC準則（Mohr-Coulomb）嵌入子程序VUSDFLD進行二次開發,同時引入單元刪除算法以實現巖石模型破壞效果。結果表明：（1）隨著荷載的不斷增加,裂隙尖端出現應力集中現象。（2）裂隙下部的受拉區域明顯大于上部,裂隙下部先于上部發生破壞。整個受壓過程中,模型主要為剪切破壞模式。（3）裂隙尖端豎直與水平方向裂縫主要有MC剪切破壞導致。（4）隧洞處于軟弱地層,巖石破壞時應力為3.23 MPa。為增強圍巖穩定性,采用灌漿措施填充圍巖裂隙以抑制圍巖內部裂隙的擴展。
關鍵詞：圍巖;裂隙;MC準則;VUSDFLD;二次開發;單元刪除算法;
1 引言
水工隧洞地質情況復制,部分隧洞圍巖內部含有天然缺陷,這些缺陷以裂隙的方式存在。在開挖擾動作用下,裂隙擴展成宏觀裂縫,導致圍巖失穩引發安全事故。因此,對隧洞圍巖裂隙擴展規律展開研究具有重要意義。本文以某引水隧洞為例,結合隧洞圍巖實際力學屬性,將MC準則嵌入ABAQUS子程序VUSDFLD進行二次開發。通過建立的數值模型,對圍巖內部裂隙的擴展規律展開研究。
2 工程概況
某水庫輸水工程隧洞由取水口、輸水隧洞、永久支洞等組成。輸水隧洞1段進口底高程96.50 m,出口底高程90.50 m,長5.23 km。本段輸水隧洞采用鉆爆法施工,成洞洞徑6 m,圓形斷面。交叉穿越位置為Ⅲ類圍巖,襯砌厚度為0.5 m,輸水隧洞襯砌混凝土采用C25。隧洞局部處于花崗巖軟弱地層,圍巖整體性較差,內部含有天然裂隙。
3 模型建立
3.1 計算模型
取隧洞圍巖圓柱體樣本,樣本尺寸為?50 mm×100 mm。
展開 基于FLAC3D的雙孔隧道圍巖穩定性數值模擬分析
施作了錨噴支護能明顯地限制隧道圍巖位移的發展。
參考文獻
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展開 兩條平行巷道開挖后圍巖應力和位移分布的數值模擬
1 引言
礦業交流群內一位工程師問了這么一個問題：在RMR分級為2類的圍巖中，開挖兩條平行巷道，巷道斷面尺寸為4m*4m, 巷道之間的距離為4m, 問放炮會不會把兩條巷道穿透？群內工程師們進行了熱烈的討論，從理論和實踐的角度提出了許多觀點。這個筆記簡要從兩條巷道之間圍巖的應力和變形討論了設置的安全距離。
2 確定巖體參數
由于沒有提供更多的巖體和施工信息，因此作為定性解釋，作了許多假設。首先假定巖體為火成巖之類的(玄武巖，流紋巖，輝長巖等)巖石，巖石的單軸抗壓強度取近似的平均值175MPa [三大類巖石的強度特性(C2)(中英文詞匯對照)]；巖石密度取0.027MN/m^3, 巷道埋深為300m, 因此垂直原巖應力為8MPa, 水平原巖應力假定為垂直原巖應力的一半4MPa[原巖應力(in-situ stresses)的估算]。
假定巖體為各向同性，按RMR為II類來考慮，為了安全起見，取其最小值RMR=60, 使用Hoek(1995)建議的關系式：GSI=RMR-5, 得GSI=55。此外，巖石參數取mi=25，擾動系數按最不利的情況來考慮(爆破質量差) D=0.8, 使用[巖體變形模量的估算---Python實現]中的代碼Hoek-Brown.py估算巖體參數，其結果如下：(1) 內摩擦角=46度；(2) 粘結力=2.53MPa; (3)巖體的單軸抗壓強度=30.36MPa; (4) 巖體的單軸抗拉強度=0.11MPa; (5) 巖體的變形模量=10584.5MPa. 這些參數值作為輸入參數進行了下面的數值模擬。
3 巷道圍巖的應力和變形
為了簡單起見，假定兩條巷道開挖同時完成，并且不考慮分步開挖和材料軟化。我們重點想了解一下巷道之間圍巖的應力分布和變形。
展開 基于廣義Hoek-Brown應變軟化巖體GRC曲線及圍巖位移應力塑性區繪制的matlab源碼包括詳細 ￥15
<p>基于廣義Hoek-Brown應變軟化巖體GRC曲線及圍巖位移應力塑性區繪制的matlab源碼，圍巖特征曲線、支護特征曲線、圍巖塑性區、位移和應力云圖繪制詳細代碼，看懂后可隨意更改參數，適應于彈脆性、理想彈塑性和應變軟化巖體各種彈塑性本構模型</p>
圍巖二次應力邊界應力值與解析解差距大
做圍巖二次應力仿真時，圍巖r=a時的徑向應力解析解為零，為何仿真結果探測值巨大？
基于摩爾庫侖準則應變軟化巖體的圍巖-支護相互作用程序matlab代碼包括詳細注釋 ￥15
<p>里面包含了圍巖特征曲線、支護特征曲線、圍巖塑性區、位移和應力云圖繪制詳細代碼，看懂后可隨意更改參數，適應于彈脆性、理想彈塑性和應變軟化巖體各種彈塑性本構模型</p>
大家之前做過的項目中有沒有四級或二級圍巖參數沒mat_plastic_kinematic
大家之前做過的項目中有沒有四級或二級圍巖參數沒mat_plastic_kinematic
隧道變形在線監測過程中應用的光纖應變傳感器
隧道及地下工程圍巖的變形破壞主要有巖爆、坍塌和大變形。巖爆是一種硬巖在高地應力下的脆性破壞；坍塌和掉塊是圍巖受一定結構控制下的局部變形破壞現象；而圍巖大變形可以界定為除了巖爆運動脆性破壞和圍巖松動圈中受限于一定結構面控制的坍塌、滑動等破壞以外的圍巖變形破壞，其特點是具有累進性和明顯時間效應的塑性變形破壞。有拱頂的沉降變形，相應的就會有偏壓引起的拱腳、側墻的變形，膨脹系數大的圍巖還會有仰拱變形隧道是埋置于地層內的工程建筑物，是人類利用地下空間的一種形式。隧道可分為交通隧道，水工隧道，市政隧道，礦山隧道。
隧道監測的目的 :
隧道施工中的監控量測是保障工程建設的安全、質量、地面車輛以及沿線建筑和管線正常運行的重要手段。
監測目的大致分為：
掌握監測工程對周圍環境的影響，主要為地表沉降，地上建筑物沉陷等。
掌握圍巖在施工中的動態，控制圍巖變形，指導施工作業。
確認支護參數和施工方法的合理性、準確性，為初期支護和二次襯砌設計參數的調整提供依據，驗證支護結構效果。以便及時確定施工對策和措施，以確保安全地施工。
校核地下工程理論計算結果，為理論解析、數值分析提供計算數據與對比指標；為優化設計提供依據，保證隧道既穩定又經濟。通過量測了解該工程條件下所表現、反映出來的一些地下工程規律和特點，為今后類似工程或工法本身發展提供借鑒、依據和指導作用。
隧道洞內外觀測:
在每個開挖面進行，特別是在軟弱破碎圍巖條件下，開挖后由隧道工程師和地質工程師立即進行地質調查，觀察后繪制開挖工作面略圖（地質素描），填寫工作面狀態記錄表及圍巖級別判定卡。
開挖后未被支護圍巖的觀測，如節理裂隙發育程度及其方向；開挖工作面的穩定狀態，頂板有無坍塌；涌水情況：位置、水量、水壓等；底板是否有隆起現象。
展開 計算基于摩爾庫侖準則圍巖特征曲線的matlab源碼含詳細注釋 ￥15
<p>計算基于摩爾庫侖準則巖體圍巖特征曲線matlab源代碼含詳細注釋，包括位移、應力塑性區云圖繪制和各種曲線的繪制，注釋詳細，看懂后可隨意更改，適用于理想彈塑性，彈脆性和應變軟化等彈塑性模型</p><div contenteditable="false" width="100%"><img src="https://img.jishulink.com/upload/202208/75e84de4cd3644dbae1526a5f1098f70.png" title="GRC.png" alt="GRC.png" style="max-width:760px;" data-mobile-src="https://img.jishulink.com/upload/202208/75e84de4cd3644dbae1526a5f1098f70.png?image_process=/format,webp/resize,w_400" data-pc-src="https://img.jishulink.com/upload/202208/75e84de4cd3644dbae1526a5f1098f70.png?
展開 隧道病害是設計“罪過”還是施工的“罪過”？看大院怎么說！
（7）隧道內污水排放與圍巖滲水排放分離。污水排放不應對環境、生活用水造成影響。洞口外宜設置油水分離池。對開口式明溝開口尺寸一般比較小，運營階段容易造成運營垃圾堵塞，不利于邊水溝的排水，應適當加大開口尺寸，并上下一致，設置排水溝檢查井。
（8）隧道內裝飾時邊墻、拱部均不做裝飾；邊墻瓷磚或涂料，拱部不作裝飾；邊墻瓷磚+拱部外墻涂料裝飾；洞內拱墻噴涂防水涂料，洞口段邊墻鑲貼瓷磚。采用涂料有厚型防火涂料（因國標中要求防火涂料厚度不小于2cm），也有采用防水涂料。
（9）設計變更：前期設計階段很難把隧道穿越地層的地質情況搞清楚，因此在施工期間進行設計變更是不可避免的。在設計變更過程中應注意以下問題：
①隧道設計變更應避免走入“圍巖級別只能往差的調，工程量、工程費用只增不減”的怪圈，應是“有增有減”。
②業主、設計、監理、監控量測、地質預報及施工單位的隧道與地質專業技術人員應經常到施工現場，真正做到信息化施工。
③不能以“注重安全”為借口，把施工安全寄托于“增強支護，弱化施工工藝與施工工序控制”的基礎上，以過強的支護來彌補可能出現的安全問題，從而導致工程費用的增加。
④圍巖級別應與開挖進尺、開挖方式相匹配，即看采用的施工步序與開挖斷面大小是否與將變的圍巖級別經驗數值對應，如一次開挖3m 多、沒有留核心土的斷面調整為V 級是不合適的。
⑤應避免變更前把問題夸大化，變更后施工簡單化。
⑥按變更程序進行變更，不能因工程變更手續導致災害擴大化。
二、隧道施工存在問題及對策
（1）對于硬巖，主要是減少開挖對圍巖的擾動范圍，保護圍巖，控制對圍巖的損傷。對于軟弱圍巖施工應遵循“管超前、嚴注漿、短開挖、強支護、速封閉、勤量測”的原則，主要是控制圍巖的松馳，提高圍巖自支護能力。
（2）目前設計要求多采用濕噴，但現場施工多采用干噴。
展開 強度折減系數法在ａｎｓｙｓ中的命令流
定義邊坡圍巖單元
KEYOPT,1,3,2 !求解類型為平面應變
!定義材料屬性
!邊坡圍巖1材料屬性
MP,EX,1,3E10
MP,PRXY,1,0.25
MP,DENS,1,2500 !定義塑性模型
TB,DP,1 !定義數據表1
TBDATA,1,9E5,42.8 !給數據表輸入數據
!邊坡圍巖2材料屬性 !采用彈性模型
MP,EX,2,3.2E10 !定義彈性模量
MP,PRXY,2,0.24 !定義泊松比
MP,DENS,2,2700 !定義密度
!取強度折減系數F=1.2時邊坡圍巖材料屬性
MP,EX,3,3E10
MP,PRXY,3,0.25
MP,DENS,3,2500
TB,DP,3 !定義數據表3
TBDATA,1,7.5E5,37.7 !給數據表輸入數據
!取強度折減系數F=1.4時邊坡圍巖材料屬性
MP,EX,4,3E10
MP,PRXY,4,0.25 !定義泊松比
MP,DENS,4,2500
TB,DP,4 !
展開 
淺埋隧道襯砌模型地層結構法模擬受力分析
考慮到襯砌單元和圍巖單元之間的摩擦作用，通過設置單元自接觸，來模擬這兩種部件之間的接觸關系，切向摩擦系數定義為0.3。鋼筋與襯砌之間的接觸采用內置區域進行模擬，以鋼筋作為內嵌模型嵌入襯砌之中。
材料屬性及本構模型的定義
本文模擬試驗襯砌采用C30混凝土，定義的材料特性按照各向同性力學假設，并設置混凝土塑性損傷參數。鋼筋單元所采用的鋼筋型號為HRB400，其直徑為8mm，定義材料特性按照各向同性力學假設，定義鋼筋的塑性損傷。圍巖材料的屬性定義，根據土工試驗數據而定。
有限元模型的建立
本文的隧道襯砌模型與圍巖模型通過ABAQUS自身的命令建立實體單元，鋼筋籠模型采用三維建模軟件Rhino進行線模型的構建，然后將線模型導入ABAQUS，賦予線模型截面屬性，使用桁架單元模擬。
邊界的定義及荷載的添加
為了保證數值模擬的計算結果與實際試驗結果的一致性，在邊界的定義上需要結合試驗的實際情況而定。試驗時是將襯砌結構埋入土壓力箱當中，所以對于圍巖的底部是只限制了圍巖的位移并未限制轉動(詳見圖2-2)，圍巖的左右側面和前后側面分別只限制X向和Y向的位移。（詳見圖2-3和圖2-4）
模型的荷載按照三個狀態來添加，首先要考慮的是初始應力場的計算，此時只考慮自重荷載；第二個加載步是在圍巖的上部施加向下的壓強荷載，總共施加200kPa的壓強荷載，為了讓傳感器輸出結果更明顯對荷載進行分級施加，總共分10級，每一級的荷載增量為20kPa；第三個加載步是在圍巖的左右兩側面施加向內的壓強荷載，總共施加100kPa的壓強荷載，分5級加載，每一級的荷載增量為20kPa。
展開 基于FLAC3D的地下硐室通道錨網噴支護分析
仿真分析的目的是通過數值計算掌握圍巖位移分布特征，判斷支護參數的有效性，為支護的優化提供依據。在計算中，在圍巖內部關鍵位置布置位移和應力監測點，監測整個計算過程中關鍵位置處位移和應力隨開挖和支護的發展情況。
變化錨桿的長度以及錨桿布置的間排距，可以獲得不同的支護效果，分別分析不同支護參數小的支護效果，主要是比較圍巖位移（圖16）、表面最大收斂位移和錨桿最大軸力（圖17）。在確保圍巖發生的位移變形在允許范圍內，錨桿軸力不超過錨桿抗拉強度條件下，可以確定合理的錨桿長度和間排距。
上述問題由于存在圍巖與結構的相互作用，支護結構多且復雜，同時還需考慮施工順序的影響，因此還沒有接近的理論分析方法可以應用。現場監測受現場條件和經費等影響只能提供某幾個斷面的監測結果，同時監測結果可能受到施工過程中各種人為因素的影響。而數值仿真分析能夠為復雜工程提供滿足精度要求的、純理論分析和物理實驗無法實現的詳細的分析結果，易于快速實現不同參數的分析，為優化設計提供可靠依據，能夠降低工程成本，合理指導工程實踐。
目前數值仿真方法已成為工程實踐中各種創新的重要支撐。
3 實例完整代碼
與上面介紹的工程實例對應的完整演示代碼在下面的代碼列表中，該代碼可以完成包括幾何模型建立，在指定位置自動進行圍巖開挖、混凝土噴層施工、錨桿的安裝、連接的自動刪除和建立以及結構單元屬性的設置等相關工作。真正做到一勞永逸，實現無人值守式自動計算和保存。如果計算時間很長，可以去掉代碼最后一行的注釋，則軟件會在計算結束后自動關機。
4 其他應用
上面介紹到的錨網噴支護技術可以應用到更加復雜的模型中，如在某大型地下硐室結構支護中的應用（圖18-圖21）。
展開 基于FLAC3D的地下硐室通道錨網噴支護 附FLAC-3D深基坑的開挖與支護的命令流下載
仿真分析的目的是通過數值計算掌握圍巖位移分布特征，判斷支護參數的有效性，為支護的優化提供依據。在計算中，在圍巖內部關鍵位置布置位移和應力監測點，監測整個計算過程中關鍵位置處位移和應力隨開挖和支護的發展情況。
變化錨桿的長度以及錨桿布置的間排距，可以獲得不同的支護效果，分別分析不同支護參數小的支護效果，主要是比較圍巖位移（圖16）、表面最大收斂位移和錨桿最大軸力（圖17）。在確保圍巖發生的位移變形在允許范圍內，錨桿軸力不超過錨桿抗拉強度條件下，可以確定合理的錨桿長度和間排距。
上述問題由于存在圍巖與結構的相互作用，支護結構多且復雜，同時還需考慮施工順序的影響，因此還沒有接近的理論分析方法可以應用。現場監測受現場條件和經費等影響只能提供某幾個斷面的監測結果，同時監測結果可能受到施工過程中各種人為因素的影響。而數值仿真分析能夠為復雜工程提供滿足精度要求的、純理論分析和物理實驗無法實現的詳細的分析結果，易于快速實現不同參數的分析，為優化設計提供可靠依據，能夠降低工程成本，合理指導工程實踐。
目前數值仿真方法已成為工程實踐中各種創新的重要支撐。
展開 水工隧洞不同工況爆破開挖對臨近隧洞動態響應分析
模型主要包括圍巖，開挖隧洞襯徹，炸藥，空氣四部分，網格在開挖隧洞區域采用20cm的基本尺寸，其余區域采用50cm的尺寸，水工隧洞單孔不同藥量爆破作用下臨近隧洞的動態響應分析以及單孔同一藥量在不同厚度含弱巖層作用下對臨近隧洞的動態響應分析模型中，炸藥單元數為256個，空氣單元數為10800個，襯徹單元數為2507個，圍巖單元數為126898個，單元總數為140461個；同一藥量的三孔在不同起爆時間和次序的爆破作用下對臨近隧洞的動態響應研究中，炸藥單元數為768個，空氣單元數為7670個，襯徹單元數為2093個，圍巖單元數為99317個，單元總數為109848個。
圍巖，襯徹，炸藥，空氣等所有模型單元均采用solid164實體單元。其中圍巖，隧道等采用單點積分的常應力實體單元，為1號單元算法，該單元算法是純粹的lagrange算法，特點是單元網格依附在材料上，單元隨著材料的流動而變形，如果結構變形巨大，材料流動較大時，會造成單元網格畸變，引起求解終止，因此當模型有較大變形時，不適合采用改種算法，本文空氣和炸藥在分析過程中炸藥會產生較大的膨脹，空氣也會受到擠壓產生較大變形，因此不適合采用lagrange算法。
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