ansys盾構隧道組合
關注創建者：王靖雯 創建時間：2023-03-08
ansys盾構隧道組合的實例教程
【問題描述】：
某地鐵盾構隧道管片襯砌內徑為5.4m，外徑為D=6m，埋深為2D。從上至下，根據土層的物性參數不同將其分為3層，各層的材料參數和層厚為：
第1層：厚8m，E=3.94Mpa，v=0.35，ρ＝18.28kN/m^3
第2層（隧道所在層）：厚18m，E=20.6Mpa，v=0.3，ρ＝20.62kN/m^3
第3層：厚15m，E=500Mpa，v=0.33，ρ＝21.6kN/m^3
施工中掘削面頂進壓力為0.3MPa，盾尾注漿壓力為0.15MPa。
試采用ANSYS模擬此過程。
【建模要點】：
1、建模過程充分使用對稱性建模的方便，使用到的對稱性命令為 arsym
2、網格劃分輔助mesh200的使用，建模思路為通過建立面，采用mesh200劃分面，拉伸面成體，從而形成實體單元。
3、注意在第2步采用面拉伸成體單元后，體單元材料屬性的重新賦值。
4、自重應力場的求解。
5、利用重啟動以及生死單元來模擬盾構掘進的過程。
【建模過程】：
1、首先建立隧道附近的四分之一模型，注意網格的局部細分。
2、利用對稱性，建立二分之一隧道模型，并建立隧道上方和下方土體模型。
3、利用對稱性，建立整個隧道平面模型
4、利用面拉伸成體的思路，通過輔助單元建立實體單元，這里實體單元采用soild186進行模擬。
注意拉伸時的一個額外命令的使用：
extopt,aclear,1
該命令意思也即是在拉伸完成后刪除母體單元mesh200
5、由于在拉伸時候都是默認的材料號為1，拉伸完成后需根據不同的位置，選擇不同的土體進行材料參數的改變。
6、約束條件的設置，本次約束取土地地面為全約束，各側邊約束為平行法向方向固定約束。頂面除四周邊界線有約束外，其余地方皆無約束。
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[3]劉軍鋒,余龍,張興輝.基于有限元分析的頂梁柱窩研究及應用[J].煤礦機械,2020,41(6):158-160.
[4]牛軍燕,唐永濤,李正輝,等.基于ANSYS的帶式輸送機機架輕量化改進研究[J].煤礦機械,2021,42(9):126-128.
包括巷道錨桿支護模擬、初始地應力場反演技術、地面注漿/水力壓裂模擬、地下空間開挖巖層運移分析、隧道掘進圍巖力學響應分析、邊坡開挖安全性分析等超多3DEC實例分析。PFC中包含了常規/真三軸剪切試驗、不排水/循環三軸剪切模擬、離散元模擬與彈塑性本構模型等多個土體單元試驗模擬案例和活動門試驗、盾構隧道掌子面穩定性、節理巖體中的硐室開挖穩定性、二維殼結構單元耦合、孔隙介質中Darcy流模擬等多個實例。
圖7 敏感點建筑物圖
敏感點所在區間為盾構隧道，軌頂埋深21m，盾構管片內徑5500mm，外徑6200mm。區間軌道類型為長枕式雙側水溝整體道床?？奂愋蜑镈TⅥ2型扣件，扣件組裝靜剛度取值為30kN/mm，動靜剛度比按不大于1.4考慮，扣件間距為600mm。
包括巷道錨桿支護模擬、初始地應力場反演技術、地面注漿/水力壓裂模擬、地下空間開挖巖層運移分析、隧道掘進圍巖力學響應分析、邊坡開挖安全性分析等超多3DEC實例分析。PFC中包含了常規/真三軸剪切試驗、不排水/循環三軸剪切模擬、離散元模擬與彈塑性本構模型等多個土體單元試驗模擬案例和活動門試驗、盾構隧道掌子面穩定性、節理巖體中的硐室開挖穩定性、二維殼結構單元耦合、孔隙介質中Darcy流模擬等多個實例。
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隧道裝配設計
不同類型隧道工程構件在幾何特征上存在差距：對于山嶺隧道，每一段襯砌結構以圍巖級別及埋深作為分類參數，不同類型襯砌的內輪廓相同，初支和二襯厚度不同；大部分隧道洞室采用相同的結構型式，僅尺寸參數取值不同；對于使用通用楔形管片的盾構隧道，每一環管片通常都由封頂塊、臨接塊和標準塊三種形式拼裝而成，沿線路方向所有管片環只存在空間位置的區別，幾何特征完全相同。
導讀：“隧道是公路、鐵路等建設的重點和關鍵工程。隨著鐵路建設的發展和科技的進步，隧道開挖方法得到了迅猛發展。比較常用的開挖方法有鉆爆法、盾構法和掘進機法。
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