隧道模擬的案例
Midas-GTS NX 三維隧道施工模擬 ￥20
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</div><p>其他關于隧道模擬施工問題，數據提取分析等可交流</p>
錯縫隧道數值模擬想法
上圖：
梁彈簧模型
殼彈簧模型
彎矩的分布：
從上圖看不出來是用什么有限元軟件做的，但是如果是ABAQUS的話模型就非常好實現，建模要點：最主要是模擬管片接頭與環向接頭，還有地層三個方向的彈簧,通過接觸單元來定義。管片接頭與環向接頭首先定義兩兩接觸點，再根據具體的方向與受力特性施加彈簧，而接地彈簧也是先要通過定義點來完成。
等本周做出來后，貓咪老師會馬上與大家分享，敬請期待。
今天就先介紹到這，喜歡貓咪老師說的內容的話請掃描貓咪老師的個人頭像，接受推送消息，與貓咪老師一起暢游在隧道模擬的海洋中！BYEBYE
上述內容部分引用自：《錯縫拼裝下管片寬度對盾構隧道力學行為的影響》 作者：官林星
《Investigation of the structural effect induced by stagger joints in segmental tunnel linings: First results from full-scale ring tests》 作者：Liu.
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 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。
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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 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
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
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.
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基于FLAC3D的雙孔隧道圍巖穩定性數值模擬分析
[4] 賈曉亮.基于FLAC3D的深部巷道圍巖穩定性數值模擬研究[J].能源與環保，2017,39(6):18-22.
[5] 吳登超，楊本水，程長清.基于FLAC3D模擬隧道有無支護應力與位移演化特征[J].四川輕化工大學學報(自然科學版),2021,34(4):67-73.
[6] 高攀科，徐林生，吳恒濱.隧道洞口淺埋偏壓段施工性態數值模擬分析[J].公路，2013,58(7):263-267.
[7] 雷剛.大灣溝隧道開挖順序FLAC3D數值模擬研究[J].土工基礎，2014,28(3):81-83.
[8] 張小波，趙光明.基于Drucker-Prager屈服準則的圓形巷道圍巖彈塑性分析[J].煤炭學報，2013,38(增刊1):30-37.
[9] 孔超，仇文革，章慧健，等.考慮中間主應力對隧道圍巖穩定性的影響[J].中國鐵道科學，2015,36(4):67-71.
[10] 陳梁，茅獻彪.基于Drucker-Prager準則的深部巷道破裂圍巖彈塑性分析[J].煤炭學報，2017,42(2):484.
[11] 孫書偉，林杭，任連偉.FLAC3D在巖土工程中的應用[M].北京：中國水利水電出版社，2011.
文章來源：山西建筑. 2023,49(20)
展開 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
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。
（3） 本例中沒有考慮灌漿層材料的硬化，可按需要在灌漿后一定時間后（也可通過盾構掘進長度控制）進行設置。
來源： 費康
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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。
