TBM在隧道不同围岩条件下的有限元数值模拟分析.pdfVIP

公路隧道 2011年第 2期(总第74期) TBM 在隧道不 同围岩条件下的有限元数值模拟分析 姜安 曦曦 (四川教育学院土木与交通工程学院 成都 611130) 摘 要 利用ANSYS有限元分析软件，对用TBM法施工隧道的过程进行数值模拟分析。结合隧道的工程地质 情况，通过分析其应力应变的状态，提出了ANASYS模拟TBM在不同围岩条件下开挖隧道时用岩应力变化的可 行性 ，得f=}j了TBM 隧道在不同同岩条件下的一些基本特征。 关键词 隧道 TBM 数值模拟 有限元 激活单元来模拟材料的消去和添加。利用ANSYS 1 引言 这种单元的生死功能，可以简单有效地模拟隧道的 随着社会的不断进步和科技的高速发展，隧道 开挖过程 。杀死单元时，程序将通过用一个非常小 的施工方法也在不断的进步，隧道掘进机 (Tunnel 的数乘以单元的刚度，并从总质量矩阵消去单元的 BoringMachine，后简称 “TBM”)开始广泛用于长隧 质量来实现 “杀死”单元。无活性的载荷 (压力、热通 道施T。通过利用 ANSYS有限元分析软件 ，数值 量、热应变等)被设置为零 。隧道开挖时，可直接选 模拟 TBM在不同地质情况隧道施工中的运用情况 择将被开挖 的单元，然后将其杀死，即可实现开挖模 及应力应变规律，着重考虑隧道在不同围岩条件下 拟。 的受力状态，总结出不同地质情况与嗣岩稳定性的 ANSYS单元生死功能在杀死或激活单元时， 相互关系。 对单元的内在属性，如应力、位移等，作了有效的处 理，ANSYS程序并不是将 “杀死”的单元从模型中 2 rrBM 隧道施工过程模拟的ANSYS 删除，而是将其刚度(或传导，或其他分析特性)矩阵 实现 乘以一个很小的因子。因子缺省值为 1．0E 6，可 2．1 初始应力考虑 以赋为其他数值。死单元的单元载荷将为0，从而 在ANSYS中有两种方法可以用来模拟隧道 的 不对载荷向量生效(但仍然在单元载荷的列表 中 现)。单元的应变在 “杀死”的同时也将设为0。大]【 初始应力。 一 此使用单元的生死功能来模拟隧道的开挖和支护， 是只考虑岩体的自重应力，忽略其构造应力， 比单纯使用 “空单元”模拟开挖和改变材料号来模拟 在分析的第 1步，首先计算岩体的白重应力场。这 支护更为准确，结果更为可靠。 种方法的不足之处在于计算出的应力场与实际应力 此外，单元的生死状态可以根据 ANSYS的 场有偏差，而且岩体在 自重作用下还产生了初始位 算结果 (如应力，应变)来决定．在模拟过程中，可以 移；在继续分析后续施工时，得到的位移结果是累加 将超过容许应力或容许应变的单元杀死，来模拟同 了初始位移结果，而现实中初始位移早就结束 了，对