有限元素法报告.docVIP

有限元素法上机考试 实验报告 单线隧道开挖三维仿真模拟 班级：022082班 学号: 姓名：许小路 指导老师：张彬 日期2011年6月16日 本次仿真考试实验模拟的是单线隧道的开挖，由于隧道及地下工程结构都属于细长结构物，既隧道的横向断面相对于纵向的长度来说很小，可以假定在围岩荷载的作用下，在其纵向没有位移只有横向发生位移。所以隧道的力学模型可以采取弹性理论中的平面应变模型进行。 模拟假定：1.采用平面应变模型进行模拟 2.地下围岩的范围取隧道宽度的6倍（6倍以外围岩开挖的应力影响范围很小）。 3为了效果明显支护岩体厚度与隧道半径同长。 4分别用重力和水平面压力模拟围岩的天然地应力。 模拟参数： 隧道宽度b=5m 对到高度h=5m 锚杆支护岩体环向厚度 d=2.5m 围岩范围H=30m，B=30m 岩层纵向厚度l=20m 图1本次实验模型 实验模拟过程: 更改ansys算例名称，设置路径；选择分析模型为structural；前处理定义element type；设置real constant；定义材料本构模型material model；创建模型；进行有限元剖分mesh；约束加载求解； 查看结果plot result。 针对本模型进行建模求解的过程中我总结有如下几条经验和注意点: 1，正确分析实际情况，抓住关键点以简化模型的建立和求解过程调高算例的可行性但不能脱离实际。 2，每做一步都要保存，因为ansys没有撤销按钮，在操作出错可用resum db按钮进行重做。 3，模型的创建采用从点到线的到面再到体的从下到上的方式进行，使用extrude， booleans等命令加快建立过程。 4，用水平压力和重力模拟天然地应力。 5，隧道走向方向采取Z向位移约束，底面采取ALL DOF 约束，围岩地层两侧采取X和Z方向约束。 模拟结果：以下是该模型的部分输出结果分为洞室围岩不加固和加固部分。 A：拱部围岩锚杆未加固部分结果截图 图2地层围岩变形图 图3y向位移等值线图 （围岩最大沉降量为：2.2mm） （ y向位移最大为2.2mm） 图4 X向位移变形等值线图 图5第一主应力图s1等值线最大值为 （最大位移0.4mm） 5.55e7kn B拱部围岩锚杆加固部分结果截图 图6地层围岩变形图 图7y向位移等值线图 （围岩最大沉降量为0.675mm） （y向位移最大为0.675mm） 且拱部位移变形较大，达到0.645mm。 图8X向位移变形等值线图 图9第一主应力图s1等值线最大值为 （最大位移0.657mm） 5.37e7kn 以上9个图是本次仿真模拟实验的结果，分别对锚杆支护前和锚 杆支护后的数据对比建立如下表格： 支护前 支护后 最大沉降量/mm 2.2 0.675 Y方向位移/mm 2.2 0.675 X方向位移/mm 0.4 0.657 S1主应力/kn 5.55e7 5.37e7 结果分析：通过对洞室围岩拱部不支护和支护分别求解可以得出，在支护以后围岩地层变形，X方向位移，Y方向位移，S1主应力都比原来要小的，这样将有利于隧道的拱部围岩稳定。通过对洞室围岩周围的变形和最大主应力分析发现在拱顶处围岩变形比较大应力也比较大，同时在拱脚处也有应力集中现象，都比较符合弹性理论和岩体力学的计算结果，所以在施工过程中应该加强对洞顶和拱脚处的支护。 提出疑问：1如何正确的加载牛顿地应力模型。 2如何考虑周边岩体对所取岩体的影响 3如何考虑在围岩中有结构面和地下水对模型的求解影响 4如何设置洞室顶部壳体的混凝土喷护模型。