隧道開挖數值模擬的案例
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。
abaqus隧道開挖數值模擬
abaqus隧道開挖數值模擬
基于FLAC3D的雙孔隧道圍巖穩定性數值模擬分析
摘 要：針對雙孔隧道在施工過程中產生的復雜應力場與位移場，通過有限差分軟件FLAC3D數值模擬，采用Drucker-Prager準則作為巖土體塑性屈服準則，計算得到雙孔隧道開挖及支護后隧道的應力場及位移場分布規律。進而分析得到了雙孔隧道需要支護的關鍵位置及錨桿最小設計長度要求。結果表明：采用噴錨支護能夠有效阻止塑性區的擴大，對提高圍巖承載能力影響顯著。
關鍵詞：FLAC3D;噴錨支護;雙孔隧道;巖土工程;圍巖;
雙孔隧道作為現在主要的公路隧道形式，由于其獨特的構造以及復雜的受力形式，成為了現在隧道建設者研究的重點與難點，尤其當兩個隧道間距較小時，在圍巖上覆荷載與支護反力共同作用下就會形成更加復雜的應力場。
目前隧道穩定類的研究方法主要有解析法和數值模擬兩大類。對于隧道穩定類問題，有大量學者對此點進行了相關研究。趙明華等[1]基于有限元極限分析雙孔隧道的穩定性，得出影響隧道穩定的相關因素。李揚等[2]基于有限元軟件Midas對淺埋雙孔隧道開挖順序進行了相關研究。但是他們都是采用有限元軟件進行了相關研究工作。也有學者采用有限差分軟件[3,4,5,6,7,8]進行了相關研究，但是他們都是研究單孔隧道或者煤礦等，在開挖及支護后圍巖的應力及位移分布。采用有限差分軟件FLAC3D進行雙孔隧道開挖及支護研究的則相對更少。
因此本文采用有限差分軟件FLAC3D對雙孔隧道在開挖和支護兩種工況下，進行了相關的數值模擬，同時分析了開挖后以及采用錨噴支護后隧道塑性區分布特點，縱向應力場、位移場分布規律。
1 圓形隧道理論模型
關于圍巖塑性區發展理論，基于Mohr-Coulomb準則計算的Fenner公式比較經典，但其未考慮中間主應力對于巖石強度的影響。而中間主應力對巖石強度的影響程度為20%～50%[9],顯然不考慮中間主應力對于計算結果是有影響的。
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。
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 隧道開挖模擬-3
鏈接：https://pan.baidu.com/s/1xkpfwRcxiDgopkTnrTDaTA
提取碼：dpg1
盾構的掘進有兩種方式，一是利用生死單元，即先將掘進方向的開挖土體單元移除，隨后在相應位置激活盾構機單元，賦予盾構機材料。另一種方法基于大變形，精細化模擬盾構機的前進。前者較為簡單實用，應用較多。
本系列首先介紹第一種做法，算例的幾何形狀和參數參考Lambrughi A, Rodríguez L M, Castellanza R. Development andvalidation of a 3D numerical model for TBM–EPB mechanised excavations[J].Computers and Geotechnics, 2012, 40: 97-113.
主要施工過程：
（1） 初始假設盾構機處于地基之中，建立初始應力場。
（2） 移除盾構前土體，每次開挖長度1.5m。單元移除后在開挖面施加壓力215kPa。
（3） 盾構向前移動1.5m，在盾構前激活盾構機單元，盾構尾移除相應長度單元。同時激活盾尾灌漿層單元和襯砌單元。
（4） 依次向前開挖
關注點：
（1） 為了模擬盾構的掘進，需要在重復的位置建立幾套共節點的單元，可利用以下語句實現，詳見inp文件：
*ELCOPY, OLD SET=r1, NEWSET=sr1,SHIFT NODES=0, ELEMENT SHIFT=20000；該語句將在r1單元處重疊一套單元，節點不變，單元號+20000。
（2） 本例中沒有考慮灌漿壓力，可以在灌漿層單元外表面施加灌漿壓力，方法類似于開挖面上施加壓力的做法。
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
Dyna求解的工程爆破模擬-隧道爆破開挖
10.添加炸藥材料及空氣材料模型、狀態方程、及ALE屬性
參見我的CSDN博客<Dyna求解的工程爆破模擬-鋼筋混凝土結構抗爆>“9.給添加炸藥材料及介質材料模型、狀態方程、及ALE屬性”。
11.添加多物質流固耦合
參見我的CSDN博客<Dyna求解的工程爆破模擬-鋼筋混凝土結構抗爆>“10.多物質流固耦合添加”。其中MASTER組件包括空氣及炸藥組件，Sla-ve組件包括巖石及隧道組件。
12.添加無反射邊界條件
參見我的CSDN博客<Dyna求解的工程爆破模擬-鋼筋混凝土結構抗爆>“11.添加無反射邊界條件”。
13.導出模型
參見我的CSDN博客<Dyna求解的工程爆破模擬-鋼筋混凝土結構抗爆>“12.導出模型”。
14.空氣及炸藥匹配材料模型、狀態方程、及ALE屬性
參見我的CSDN博客<Dyna求解的工程爆破模擬-鋼筋混凝土結構抗爆>“13.介質及炸藥匹配材料模型、狀態方程、及ALE屬性”。
15.提交計算
參見我的CSDN博客<Dyna求解的工程爆破模擬-鋼筋混凝土結構抗爆>“14.提交計算”。
展開 新手模擬隧道開挖的常用幾種方法
1.作為新手，在模擬隧道方面，最開始會受《ABAQUS在巖土工程中的應用》一書上的例子的影響，在模擬時會采取隧道圍巖和襯砌分別建立PART，然后分別定義屬性，在ASSENBLY中組裝，用TIE約束圍巖和襯砌變形。采用model change 控制圍巖開挖和襯砌加入。但由于TIE約束本身的缺陷，該方法劃分網格后，節點調整后，對于大的3D模型，求解和精度都有一些問題。
2、隨著認知的增加，漸漸你會發現，其實一般隧道的模擬不是這么做的，一般是在只建立一個part，partition出襯砌和開挖塊。對于單獨襯砌建立集合和小集合后。劃分網格，在job模塊，write input，然后在inp文件中用elcopy對襯砌集合生成另一個節點號相同但是單元號不同的集合。對該集合賦予襯砌性質。最后再采用生死單元model change。
3、采用field和temperature來變化材料性質。這個方法很明了，就是只能采用的本構模型比較簡單。實際模擬不好用。inp文件下次再傳。
4、采用input方法，直接導入模型節點，和各材料的單元。可以借鑒《ABAQUS在隧道與地下工程中的應用》一書。其實該書還是不錯的。雖然很多童鞋覺得不好、但是abaqus雖然作為CAE軟件，input文件的修改和書寫還是很關鍵的能力。還是要像ANSYS一樣啃命令流呀。查閱下自帶的幫助文件。
展開 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模擬隧道開挖，土體采用修正劍橋本構 ￥50
使用abaqus模擬隧道分階段開挖，土體開挖一層襯砌激活一層，土體本構采用修正劍橋本構，模型部分設置和結果見圖片
隧道開挖過程的CEL三維大變形有限元模擬
隨著隧道的開挖，刀盤的推理和扭矩逐漸增大，并最終達到一個穩定值，最終的的推力約為25 MN，扭矩2.5MN?m。計算得到的推力和扭矩，可以為實際工程的施工提供參考，有效地控制開挖速度，避免開挖造成顯著的地表沉降。
圖6：刀盤的推力隨開挖時間的變化過程
圖7：刀盤的扭矩隨開挖時間的變化過程
5.結論
（1）CEL大變形有限元方法可以模擬隧道開挖的整個過程，能有效地模擬開挖過程中土體的大變形；
（2）CEL大變形方法可以計算盾構機開挖過程中刀盤的推力和扭矩，能為實際工程提供參考，有效地控制盾構機的開挖速度，避免隧道發生坍塌。
5.硬件與計算時常分析
（1）計算機配置：整個CEL大變形分析是在DELL工作站上進行，配置為3.7 GHz 主頻Intel Xeon W-2255 CPU，128G memory。
（2）計算時間：CEL模型中有964712三維八節點歐拉單元，整個計算時間大概12h.
展開 基坑分層開挖錨拉樁支護數值模擬 ￥59
基坑分層開挖錨拉樁支護數值模擬技術難點總結起來如下：
1、初始地應力平衡。不平衡的原因，往往是一開始就把錨桿嵌入地層了。
2、接觸設置。由于涉及到分層開挖，樁，預應力錨桿，所以要設置很多接觸，這些接觸包括：樁土永久性接觸，樁土暫時性接觸。在開挖過程中，部分接觸要失效。
3、生死單元功能。模擬分層開挖。
4、預應力錨桿嵌入土體。
5、錨桿與樁的連接。這里采用節點耦合方式處理。
6、錨桿預應力施加。設置熱膨脹系數，采用降溫法使錨桿產生預應力。
7、開挖與支護分析步設置。先開挖一層，設置一個分析步；然后立即對錨桿施加預應力支護，也設置一個分析步。
圖1 基坑分層開挖支護模型
圖2 地應力平衡時的位移
圖3 開挖第一層位移
圖4 開挖第二層位移
圖5 開挖第三層位移
圖6 開挖第四層位移
圖7 地應力平衡時等效塑性應變
圖8 開挖第一層等效塑性應變
圖9 開挖第二層等效塑性應變
圖10 開挖第三層等效塑性應變
圖11 開挖第四層等效塑性應變
展開 abaqus多道內支撐基坑開挖數值模擬
abaqus多道內支撐基坑開挖數值模擬
