第五章 ansys隧道开挖实例.pdfVIP

3.4 ANSYS 隧道开挖模拟实例分析 3.4.1 实例描述 选取新建铁路宜昌（宜）－万州（万）铁路线上的某隧道，隧道为单洞双车道，隧道正 下方存在一个溶洞，隧道支护结构为曲墙式带仰拱复合衬砌。 主要参数如下：  隧道衬砌厚度为 30cm 。  采用 C25 钢筋混凝土为衬砌材料。  隧道围岩是Ⅳ级,隧道洞跨是 13m，隧道埋深是 80m。  溶洞近似圆型，溶洞半径是 3.6m,溶洞与隧道距离 12.8m。  围岩材料采用Drucker-Prager 模型。  隧道拱腰到拱顶布置 30 根25 锚杆。 隧道围岩的物理力学指标及衬砌材料 C30 钢筋混凝土的物理力学指标见表 3-7 所示。 表 3-7 物理力学指标 名称 容重 弹性抗力系数 弹性模量 泊松比 内摩擦角 凝聚力 3 K （MPz/m ） E （GPa ） v  （。） C （MPa ）  （kN / m ） Ⅳ级围岩 22 300 3.6 0.32 37 0.6 C25 钢筋 25 - 29.5 0.15 54 2.42 混凝土 锚杆 79.6 - 170 0.3 - - 利用 ANSYS 提供的对计算单元进行“生死”处理的功能，来模拟隧道的分步开挖和支 护过程，采用直接加载法，将岩体自重、外部恒载、列车荷载等在适当的时候加在隧道周围 岩体上。利用 ANSYS 后处理器来查看隧道施工完后隧道与溶洞之间塑性区贯通情况，来判 断隧道底部存在溶洞情形时，实际所采用的设计和施工方案是否安全可行。 3.4.2 ANSYS 模拟施工步骤 ANSYS 模拟计算范围确定原则：通常情况下，隧道周围大于 3 倍洞跨以外的围岩受到 隧道施工的影响很小了，所以，一般情况下，计算范围一般取隧道洞跨 3 倍。但因为本实例 隧道下部存在溶洞，所以，垂直方向：隧道到底部边界取为洞跨的 5 倍，隧道顶部至模型上 部边界为 100 米，然后根据隧道埋深情况将模型上部土体重量换算成均布荷载施加在模型上 边界上；水平方向长度为洞跨的 8 倍。 模型约束情形：本实例模型左、右和下部边界均施加法向约束，上部为自由边界，除均 布荷载外未受任何约束。围岩采用四节点平面单元（PLANE42 ）加以模拟，初期支护的锚 杆单元用 LINK1 单元来模拟，二次衬砌支护用 BEAM3 来模拟，计算时首先计算溶洞存在 时岩体的自重应力场，然后再根据上述方法模拟开挖过程。 ANSYS 模拟隧道施工步骤如下： 1）建立模型。 2 ）施加载荷与初始应力场模拟。 3 ）开挖隧道，用杀死单元来模拟。 4 ）对隧道进行支护，用激活单元并改变单元材料属性来模拟。 5 ）做隧道仰拱。 6 ）施加列车荷载。 9 ）计算结果分析。 3.4.3 GUI 操作方法 3.4.3.1 创建物理环境 1) 在【开始】菜单中依次选取【所有程序】/ 【ANSYS10.0 】/ 【ANSYS Product Launcher 】， 得到“10.0ANSYS Product Launcher”对话框。 2 ） 选 中 【 File Management 】， 在 “ Working Directory ” 栏 输 入 工 作 目 录 “D:\ansys\example302 ”，在“Job Name ”栏输入文件名“Tunnel ”。 3 ）单击“RUN ”按钮，进入ANSYS10.0 的GUI 操作界面。 4 ）过滤图形界面：Main Menu Preferences ，弹出“Preferences for GUI Filtering ”对话 框，选中“Structural”来对后面的分析进行菜单及相应的