開(kāi)挖模擬的案例
基于LS-DYNA的臨近隧道爆破開(kāi)挖模擬建模分析 附LS-DYNA自定義本構(gòu)子程序基本流程下載
LS-DYNA臨近隧道爆破開(kāi)挖模擬建模分析
作者：turtle（在讀碩士）
擅長(zhǎng)：hypermesh/dyna
開(kāi)挖隧道初襯和既有隧道襯砌震速云圖：
開(kāi)挖隧道初襯和既有隧道襯砌應(yīng)力云圖：
數(shù)值模型的建立
臨近隧道爆破開(kāi)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(shí)現(xiàn)流固耦合的動(dòng)態(tài)分析。巖石和襯砌共節(jié)點(diǎn)連接，空氣和炸藥共節(jié)點(diǎn)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(shí)間為0.2S。
幾何模型及網(wǎng)格劃分：
2.結(jié)果分析
2.1 開(kāi)挖隧道初襯某測(cè)點(diǎn)震速時(shí)程曲線
2.2 不同時(shí)刻襯砌應(yīng)力云圖
下載地址：LS-DYNA自定義本構(gòu)子程序基本流程
展開(kāi) 隧道開(kāi)挖三維模擬-1
1、引言
早期的隧道開(kāi)挖模擬常假設(shè)為二維平面應(yīng)變問(wèn)題，為了反映隧道開(kāi)挖面引起的應(yīng)力松弛，學(xué)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(méi)有完整體現(xiàn)開(kāi)挖的三維效應(yīng)。
圖1
圖2
圖3
隧道開(kāi)挖的三維模擬一般通過(guò)“step-by-step”的形式實(shí)現(xiàn)，即首先無(wú)支撐下開(kāi)挖一段土體（單元移除），然后在相應(yīng)位置設(shè)置襯砌管片，然后進(jìn)行下一步開(kāi)挖。近年來(lái)也有學(xué)者嘗試完整模擬真實(shí)的開(kāi)挖過(guò)程，如開(kāi)挖機(jī)具（盾構(gòu)）推進(jìn)、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(kāi)挖模擬方法。
2、算例要點(diǎn)
（1）考慮彈性模量隨深度變化（Gibson地基）：利用材料參數(shù)的溫度相關(guān)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(duì)稱性，模型如圖4所示，在地面以下30.5m開(kāi)挖一個(gè)直徑4.75m的隧道，開(kāi)挖沿x負(fù)向進(jìn)行。
展開(kāi) 基坑開(kāi)挖模擬
在基坑開(kāi)挖模擬過(guò)程中，由于土體應(yīng)力的減小，受壓的土體會(huì)向上回彈，大家知道，回彈模量與壓縮模量是不一樣的，數(shù)值上相差幾倍，怎么考慮這種影響呢。這個(gè)問(wèn)題對(duì)基坑隆起的計(jì)算有很大的影響。希望和大家討論一下。
錨索和地下連續(xù)墻聯(lián)合支護(hù)的開(kāi)挖過(guò)程模擬(Tieback Wall)
1 引言
先前的軟土地層開(kāi)挖使用了地下連續(xù)墻和支桿對(duì)地層進(jìn)行支護(hù)，在硬土地層開(kāi)挖更多地使用地下連續(xù)墻(concrete diaphragm)和預(yù)應(yīng)力錨索(prestressed ground anchors)聯(lián)合支護(hù)，即Tie-back Wall。下面簡(jiǎn)要總結(jié)了這個(gè)項(xiàng)目的模擬過(guò)程和關(guān)鍵步驟。
軟土地層開(kāi)挖和支護(hù)模擬(Excavation and Support of Soft Soil)---Part 1
軟土地層開(kāi)挖和支護(hù)模擬(Excavation and Support of Soft Soil)---Part 2
軟土地層開(kāi)挖和支護(hù)模擬(Excavation and Support of Soft Soil)---Part 3
2 模擬過(guò)程
2.1 材料模型
模型的開(kāi)挖寬度為20m，深度為15m。混凝土連續(xù)墻長(zhǎng)度為16m，厚度為0.35m。開(kāi)挖邊界兩側(cè)使用兩排錨索支護(hù)墻體。為了敘述簡(jiǎn)潔方便，這里我使用了"錨索"，等同于"地層錨桿"的稱謂, 這是從采礦工程借用過(guò)來(lái)的一個(gè)術(shù)語(yǔ)，錨索與錨桿的本質(zhì)區(qū)別在于長(zhǎng)度。在采礦工程中，一般長(zhǎng)度8m以下的稱作錨桿，8m以上的稱作錨索。不管怎樣，這只是一個(gè)專業(yè)的稱謂。錨索長(zhǎng)度為14.5m，與水平面的夾角為33.7°（2:3)。在開(kāi)挖左側(cè)地表，存在一個(gè)10kPa/m的線性載荷。
地層由三層土組成。第一層是Silt, 厚度3m; 第二層是Sand, 厚度12m; 第三層是Loam, 厚度15m。按照上面的幾何模型建立材料模型。使用“Create borehole”工具產(chǎn)生三層土，均采用硬化土模型(Hardening soil)，排水類型按排干drained。
2.2 安裝地下連續(xù)墻
地下連續(xù)墻的模擬包括墻體模型建立以及使用界面元模擬墻與土體的相互作用。
展開(kāi) 
《ANSYS在土木工程中的應(yīng)用》
第1章 大型通用有限元軟件ANSYS簡(jiǎn)介
1.1 ANSYS 8.0軟件概述
1.2 ANSYS 8.0的安裝和啟動(dòng)
1.2.1 安裝對(duì)系統(tǒng)的要求
1.2.2 設(shè)置環(huán)境變量
1.2.3 安裝過(guò)程
1.2.4 運(yùn)行參數(shù)設(shè)置
1.2.5 啟動(dòng)和退出
1.3 有限元分析基本過(guò)程
1.3.1 有限元分析基本過(guò)程概述
1.3.2 有限元分析實(shí)例
1.4 小結(jié)
第2章 ANSYS在壩體工程中的應(yīng)用
2.1 壩體工程力學(xué)問(wèn)題的簡(jiǎn)化
2.1.1 壩體工程概述
2.1.2 進(jìn)行有限元分析的力學(xué)簡(jiǎn)化
2.2 使用ANSYS進(jìn)行壩體工程設(shè)計(jì)實(shí)例
2.2.1 前處理
2.2.2 加載與求解
2.2.3 查看分析結(jié)果
2.2.4 計(jì)算結(jié)果分析
2.3 小結(jié)
第3章 ANSYS在隧道及地下工程中的應(yīng)用
3.1 隧道及地下工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模型
3.2 明挖法修建的地鐵隧道結(jié)構(gòu)的受力分析
3.2.1 荷載一結(jié)構(gòu)法原理
3.2.2 問(wèn)題的描述
3.2.3 建模過(guò)程
3.2.4 加載與求解
3.2.5 后處理
3.2.6 計(jì)算結(jié)果分析
3.2.7 小結(jié)
3.3 高速公路隧道開(kāi)挖全過(guò)程仿真分析
3.3.1 隧道概述
3.3.2 施工方法介紹
3.3.3 建模
3.3.4 加載與初始地應(yīng)力場(chǎng)模擬
3.3.5 左洞上臺(tái)階開(kāi)挖模擬分析
3.3.6 左洞下臺(tái)階開(kāi)挖模擬分析
3.3.7 左隧道二次襯砌模擬分析
3.3.8 右洞上臺(tái)階開(kāi)挖模擬分析
3.3.9 右隧道下臺(tái)階開(kāi)挖模擬分析
3.3.10 右隧道二次襯砌模擬分析
3.3.11 計(jì)算結(jié)果分析
3.3.12 小結(jié)
3.4 單線鐵路隧道開(kāi)挖全過(guò)程三維仿真分析
3.4.1 隧道概述
3.4.2 施工方法介紹
3.4.3 建模
3.4.4 加載與初始地應(yīng)力場(chǎng)模擬
3.4.5 第一次進(jìn)尺開(kāi)挖模擬分析
3.4.6 第二次進(jìn)尺開(kāi)挖模擬分析
3.4.7 第三次進(jìn)尺開(kāi)挖模擬分析
3.4.8
展開(kāi) 隧道開(kāi)挖過(guò)程的CEL三維大變形有限元模擬
隨著隧道的開(kāi)挖，刀盤(pán)的推理和扭矩逐漸增大，并最終達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定值，最終的的推力約為25 MN，扭矩2.5MN?m。計(jì)算得到的推力和扭矩，可以為實(shí)際工程的施工提供參考，有效地控制開(kāi)挖速度，避免開(kāi)挖造成顯著的地表沉降。
圖6：刀盤(pán)的推力隨開(kāi)挖時(shí)間的變化過(guò)程
圖7：刀盤(pán)的扭矩隨開(kāi)挖時(shí)間的變化過(guò)程
5.結(jié)論
（1）CEL大變形有限元方法可以模擬隧道開(kāi)挖的整個(gè)過(guò)程，能有效地模擬開(kāi)挖過(guò)程中土體的大變形；
（2）CEL大變形方法可以計(jì)算盾構(gòu)機(jī)開(kāi)挖過(guò)程中刀盤(pán)的推力和扭矩，能為實(shí)際工程提供參考，有效地控制盾構(gòu)機(jī)的開(kāi)挖速度，避免隧道發(fā)生坍塌。
5.硬件與計(jì)算時(shí)常分析
（1）計(jì)算機(jī)配置：整個(gè)CEL大變形分析是在DELL工作站上進(jìn)行，配置為3.7 GHz 主頻Intel Xeon W-2255 CPU，128G memory。
（2）計(jì)算時(shí)間：CEL模型中有964712三維八節(jié)點(diǎn)歐拉單元，整個(gè)計(jì)算時(shí)間大概12h.
展開(kāi) 利用LS-DYNA的重啟動(dòng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)巖石多次/循環(huán)爆破開(kāi)挖模擬
完全重啟動(dòng)技術(shù)同樣可以解決彈體重復(fù)侵徹、SHPB循環(huán)沖擊模擬及巖體循環(huán)掘進(jìn)等問(wèn)題。</p>
軟土地層開(kāi)挖和支護(hù)模擬(Excavation and Support of Soft Soil)---Part 2
4 分布載荷
在軟土地層開(kāi)挖時(shí)，需要考慮在開(kāi)挖兩側(cè)地表附近的荷載，這部分靜態(tài)載荷通常是由施工設(shè)備引起的。荷載范圍從距地下連續(xù)墻2米到7米之間，線性載荷大小為5kPa/m。使用Create load>Create line load工具產(chǎn)生5米的線性載荷([43,20]-[48,20])。
至此，模型設(shè)置完成。劃分網(wǎng)格，如下圖所示。
5 計(jì)算階段
(1) 初始階段。初始階段計(jì)算初始應(yīng)力和孔隙壓力。這一階段只有土層，因此確保所有的載荷和結(jié)構(gòu)不被激活。
(2) 增加Phase_1。Phase 1激活線性載荷，板單元和界面元,這個(gè)階段用來(lái)模擬開(kāi)挖前的準(zhǔn)備工作。盡管可以使用"Select multiple objects"工具逐個(gè)激活這些分量，但最快捷的方法是在模型瀏覽器中選擇。
(3) 增加Phase_2。Phase 2模擬第一步開(kāi)挖2m。停用這一層土即表示開(kāi)挖。
(4) 增加Phase_3。Phase 3模擬安裝支桿。激活支桿即可。
(5) 增加Phase_4。Phase 4模擬第二步開(kāi)挖8m。停用這一層土即表示開(kāi)挖。在Plaxis 2D中，當(dāng)停用一個(gè)土層時(shí)，孔隙壓力不會(huì)自動(dòng)被停用。因此在這種情況下，水仍然留在開(kāi)挖區(qū)域內(nèi)，模擬的是一個(gè)被水淹沒(méi)的開(kāi)挖。
(6) 增加Phase_5。Phase 5模擬第三步開(kāi)挖。停用這一層土即表示開(kāi)挖。
至此完成了所有的計(jì)算步驟。
展開(kāi) 隧道開(kāi)挖三維模擬 ￥40
模型介紹：
隧道開(kāi)挖三維模擬，首先進(jìn)行地應(yīng)力平衡，而后進(jìn)行第一次、第二次土體開(kāi)挖，并用襯砌進(jìn)行土體支撐。
相關(guān)模型見(jiàn)付費(fèi)內(nèi)容。凡購(gòu)買(mǎi)本案例的朋友針對(duì)收費(fèi)內(nèi)容部分有疑問(wèn)，可以一起交流。
軟土地層開(kāi)挖和支護(hù)模擬(Excavation and Support of Soft Soil)---Part 1
下面的題目討論在軟土中的開(kāi)挖以及支護(hù)模擬，主要的模擬內(nèi)容包括：
(1) 軟土(Soft Soil)模型和硬化土(Hardening Soil)模型;
(2) 水壓力(water pressures)的產(chǎn)生以及不排干Undrained (A)排水類型;
(3) 界面元模擬土-結(jié)構(gòu)相互作用；
(4) 錨固元(anchor elements)以及固定端錨(Fixed-end-anchor)的設(shè)置;
(5) 多計(jì)算階段(multiple calculation phases)模擬開(kāi)挖過(guò)程(cluster de-activation)。
這個(gè)題目的模擬過(guò)程比較復(fù)雜，計(jì)劃分成3至4部分分別討論，今天介紹第一部分Part 1, 主要討論幾何模型和材料模型的建立以及地下連續(xù)墻的模擬設(shè)置方法。
2 幾何模型
這個(gè)例子的工程背景是在靠近河流的地方進(jìn)行明挖，開(kāi)挖到一定深度后安裝預(yù)制的隧道管道，這種施工方法類似于沉井基礎(chǔ)的施工【沉井基礎(chǔ)(Caisson Foundation)---形狀和尺寸(Shape and Size) (3】。
為了安全開(kāi)挖到設(shè)計(jì)深度，需要對(duì)開(kāi)挖周圍的軟土使用地下連續(xù)墻和橫向支桿進(jìn)行支護(hù)，如下圖所示。
整個(gè)模型由兩層土組成。上層為20米厚的均勻軟土層，下層是30m厚的均勻砂層。擬建的預(yù)制隧道坐落在砂層上，因此開(kāi)挖深度為20米，開(kāi)挖寬度為30米。開(kāi)挖兩側(cè)使用30米長(zhǎng)的地下連續(xù)墻支護(hù)，連續(xù)墻由水平支桿支撐，支桿垂直間隔為5米。
由于開(kāi)挖在縱向上延伸了很遠(yuǎn)的距離，所以使用平面應(yīng)變模型。此外，在開(kāi)挖兩側(cè)的地表附近考慮了地表荷載，這部分靜態(tài)載荷通常是由施工設(shè)備引起的。荷載范圍從距地下連續(xù)墻2米到7米之間，線性載荷大小為5kPa/m。
由于開(kāi)挖幾何形狀是對(duì)稱的，因此在模型中只分析左邊一半即可。
展開(kāi) abaqus雙線盾構(gòu)隧道開(kāi)挖數(shù)值模擬案例 ￥168
該案例為多層土體的雙線盾構(gòu)隧道開(kāi)挖，考慮了掌子面推進(jìn)力和注漿壓力，模型為完整模型，不存在跑不通，有ODB結(jié)果，購(gòu)買(mǎi)后支持售后講解，包括如何實(shí)現(xiàn)注漿硬化階段，地應(yīng)力平衡的意義等。
附件包含雙線盾構(gòu)隧道開(kāi)挖的數(shù)值模擬模型以及運(yùn)算結(jié)果ODB，購(gòu)買(mǎi)后可聯(lián)系博主進(jìn)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(zhì)教程的迫害從而浪費(fèi)時(shí)間。
ABAQUS環(huán)形隧道開(kāi)挖的施工模擬Step by Step ￥3
ABAQUS環(huán)形隧道開(kāi)挖的施工模擬-01-10.pdf
基坑分層開(kāi)挖錨拉樁支護(hù)數(shù)值模擬 ￥59
基坑分層開(kāi)挖錨拉樁支護(hù)數(shù)值模擬技術(shù)難點(diǎn)總結(jié)起來(lái)如下：
1、初始地應(yīng)力平衡。不平衡的原因，往往是一開(kāi)始就把錨桿嵌入地層了。
2、接觸設(shè)置。由于涉及到分層開(kāi)挖，樁，預(yù)應(yīng)力錨桿，所以要設(shè)置很多接觸，這些接觸包括：樁土永久性接觸，樁土?xí)簳r(shí)性接觸。在開(kāi)挖過(guò)程中，部分接觸要失效。
3、生死單元功能。模擬分層開(kāi)挖。
4、預(yù)應(yīng)力錨桿嵌入土體。
5、錨桿與樁的連接。這里采用節(jié)點(diǎn)耦合方式處理。
6、錨桿預(yù)應(yīng)力施加。設(shè)置熱膨脹系數(shù)，采用降溫法使錨桿產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力。
7、開(kāi)挖與支護(hù)分析步設(shè)置。先開(kāi)挖一層，設(shè)置一個(gè)分析步；然后立即對(duì)錨桿施加預(yù)應(yīng)力支護(hù)，也設(shè)置一個(gè)分析步。
圖1 基坑分層開(kāi)挖支護(hù)模型
圖2 地應(yīng)力平衡時(shí)的位移
圖3 開(kāi)挖第一層位移
圖4 開(kāi)挖第二層位移
圖5 開(kāi)挖第三層位移
圖6 開(kāi)挖第四層位移
圖7 地應(yīng)力平衡時(shí)等效塑性應(yīng)變
圖8 開(kāi)挖第一層等效塑性應(yīng)變
圖9 開(kāi)挖第二層等效塑性應(yīng)變
圖10 開(kāi)挖第三層等效塑性應(yīng)變
圖11 開(kāi)挖第四層等效塑性應(yīng)變
展開(kāi) ABAQUS巖土隧道及python二次開(kāi)發(fā)應(yīng)用課程限時(shí)免費(fèi)看！
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課程原價(jià)：66元，六折價(jià)格：39.6元，疊加技術(shù)鄰vip價(jià)格：35.64元。
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（1）生死單元法原理介紹及實(shí)現(xiàn)方法；
（2）部件模塊中切分實(shí)體、建立集合等技巧；
（3）實(shí)現(xiàn)生死單元法模擬盾構(gòu)掘進(jìn)的全過(guò)程；
（4）地應(yīng)力平衡方法；
（5）考慮掌子面推力、注漿壓力等荷載；
（6）如何快速準(zhǔn)確地劃分網(wǎng)格。
關(guān)于應(yīng)力釋放、注漿體硬化、千斤頂推力、推車壓力等相關(guān)問(wèn)題可私信老白交流。
購(gòu)買(mǎi)該視頻的朋友應(yīng)該都是剛接觸隧道開(kāi)挖模擬計(jì)算， 對(duì)ABAQUS軟件的操作或盾構(gòu)隧道施工工藝不太熟悉， 若大家在建模計(jì)算的過(guò)程中遇到問(wèn)題，可以隨時(shí)聯(lián)系老師答疑。
展開(kāi) 降溫法+追蹤法模擬巖土開(kāi)挖與支護(hù)中的shell面殼單元與實(shí)體solid element合理連接
洞室開(kāi)挖與支護(hù)的時(shí)候，周圍巖土體用實(shí)體單元（solid elements）模擬，支護(hù)的混凝土襯砌用面殼單元（shell elements）模擬，那么就出現(xiàn)如下問(wèn)題：
（1）支護(hù)的面殼單元與被支護(hù)的巖土體共節(jié)點(diǎn)時(shí)，共用的節(jié)點(diǎn)即屬于面殼單元又屬于實(shí)體單元，那么對(duì)于面殼單元來(lái)說(shuō)，共用的節(jié)點(diǎn)就有三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，如果轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)大，對(duì)應(yīng)共用節(jié)點(diǎn)的這部分實(shí)體單元來(lái)說(shuō)，很可能造成不收斂情況，那么共用節(jié)點(diǎn)的情況該如何處理共用節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，網(wǎng)友說(shuō)采用equation，我看了下，好像不太合理。
（2）支護(hù)的面殼單元與被支護(hù)的實(shí)體單元不共用節(jié)點(diǎn)，那么實(shí)體單元與面殼單元該如何連接最為合理呢。如果采用tie會(huì)造成應(yīng)力的集中，不太符合實(shí)際，coupling等 沒(méi)有試過(guò)。如果采用接觸對(duì)定義接觸，個(gè)人感覺(jué)很難被工程接受，原因是接觸參數(shù)取值的合理性和可信性，接觸狀態(tài)的合理性等。
提出以上開(kāi)挖支護(hù)中遇到的一個(gè)問(wèn)題，希望大家發(fā)表自己的心得。
首先感謝Simwe論壇，也Robert_Su的熱心關(guān)注與指導(dǎo)。
通過(guò)幾天的摸索嘗試，應(yīng)力集中問(wèn)題已經(jīng)基本搞定：采用surface to surface 綁定約束，面殼網(wǎng)格與其支護(hù)的實(shí)體網(wǎng)格密度完全相同，非共節(jié)點(diǎn)綁定約束的響應(yīng)和共節(jié)點(diǎn)模型的響應(yīng)幾乎沒(méi)有差別。
現(xiàn)將采用降溫法+追蹤法模擬洞室開(kāi)挖和支護(hù)的共節(jié)點(diǎn)與非共節(jié)點(diǎn)小模型的inp上傳，希望對(duì)巖土開(kāi)挖與支護(hù)的朋友有用。簡(jiǎn)單介紹下開(kāi)挖實(shí)現(xiàn)的過(guò)程：前提---無(wú)論是共節(jié)點(diǎn)還是非共節(jié)點(diǎn)模型，面殼shell單元都要建立兩組相同節(jié)點(diǎn)不同單元號(hào)的襯砌shell單元組，其中一組給定很小的材料參數(shù)，用來(lái)追蹤降溫過(guò)中襯砌-圍巖交界面處的幾何位置（參考幫助或本論壇相關(guān)帖子）。（1）地應(yīng)力平衡，這應(yīng)該沒(méi)有什么說(shuō)的，并殺死將來(lái)用來(lái)支護(hù)的shell單元，保留用來(lái)追蹤幾何位置的shell單元。
展開(kāi) 