地铁盾构隧道掘进过程ANSYS数值模拟分析.docxVIP

地铁盾构隧道掘进过程数值摹拟分析 具体做法如下： ⑴采用在掘削面施加顶进压力的方法来摹拟开挖面土体的挪移； ⑵采用施加注浆压力的方法来摹拟盾尾注浆过程； ⑶采用更换注浆层材料参数的方法来摹拟盾尾注浆对盾尾空隙 的填充效果。 由于目前计算软件的限制， 难以摹拟盾构机推进过程中对土体的 扰动，这里简化处理。即假定盾构隧道开挖后，随机进行注浆。计算 时，只需将开挖不断地向前推进，同时在后面进行注浆、换材料参数 等操作， 即可实现盾构隧道的动态开挖过程， 详细的计算操作见后面 的求解过程。 工程问题的描述 地铁盾构隧道管片衬砌内径为 5.4m，外径为 D=6m，埋深为 12m。 自上至下， 根据土层的物理性质参数不同将其分为 3 层， 各层的材料 参数和厚度如下： 第一层：厚 8m，E=3.94Mpa，v=0.35，ρ =18.28KN/m3 第二层：厚 18m，E=20.6Mpa ，v=0.3，ρ =20.62KN/m3 第三层：厚 15m，E=500Mpa，v=0.33，ρ =21.6KN/m3 施工中掘削面顶进压力为 0.3Mpa，盾尾注浆压力为 0. 15Mpa 模型的建立 !进入前处理器 FINISH /CLE /PREP7 ET,1,SOLID45 ET,2,MESH200,6 !进入前处理器 !定义实体单元 !定义非求解单元， 辅助面网格的划分 !定义模型中的材料参数。模型中共有 5 种材料，其中土体有 3 种，即地表浅层覆土、盾构隧道所在土层和基岩及管片衬砌和注浆层。 其中，管片衬砌为管片式的拼装结构，为了计算方便，将其等效为一 均质体，等效时对原有刚度进行折减。定义材料参数的命令流如下： !土体材料参数 MP,EX,1,3.94E6 MP,PRXY,1,0.35 MP,DENS,1,1828 MP,EX,2,20.6E6 MP,PRXY,2,0.30 MP,DENS,2,2160 MP,EX,3,500E6 MP,PRXY,3,0.33 !第一层土层材料参数 !第二层土层材料参数 !第三层土层材料参数 MP,DENS,3,2160 !管片材料参数，管片衬砌按各向同性计算 MP,EX,4,27.6E9 !同时将工作平面恢复指定到局部直角坐标系下 !同时将工作平面恢复指定到局部直角坐标系下 MP,PRXY,4,0.2 MP,DENS,4,2500 !注浆层，参数按水泥土取值 MP,EX,5,1E9 MP,PRXY,5,0.2 MP,DENS,5,2100 !建立平面内模型并划分单元 !在隧道中心线定义局部坐标，便于后来的实体选取 LOCAL,11,0,0,0,0 LOCAL,12,1,0,0,0 !设置局部直角坐标系原点坐标(0,0,0) !设置局部柱坐标系原点坐标(0,0,0) CSYS,11 WPCSYS,- 1 !将当前坐标系转化为局部直角坐标系 CYL4,,,,,2.7,90 CYL4,0,0,2.7,0,3,90 CYL4,0,0,3,0,3.2,90 !创建开挖土体所在的面 !创建管片 !创建注浆加固圈 RECTNG,0,4.5,0,4.5 AOVLAP,ALL NUMMRG,ALL NUMCMP,ALL !压缩编号 !合并图素 RECTNG,4.5,31.5,0,4.5 NUMMRG,ALL NUMCMP,ALL !划分单元 MSHAPE,0,2D MESHKEY,1 TYPE,2 LESIZE,1,,,6 LESIZE,2,,,6 LESIZE,3,,,6 AMESH,1 LESIZE,4,,,6 LESIZE,8,,,2 LESIZE,9,,,2 AMESH,2 LESIZE,5,,,6 LESIZE,10,,,1 LESIZE,11,,,1 AMESH,3 LESIZE,12,,,3 LESIZE,13,,,3 LESIZE,6,,,3 LESIZE,7,,,3 !采用四边形单元划分网格 !映射网格划分 LESIZE,14,,,8,2 LESIZE,16,,,8,0.5 AMAP,4,7,6,8,10 AMAP,5,9,8,11,12 !利用对称性，得到下半部份模型 ARSYM,Y,ALL !通过坐标轴对称建立面 NUMMRG,ALL NUMCMP,ALL ALLSEL,ALL !建立隧道下方土层模型 RECTNG,0,4.5,-4.5,-26 RECTNG,4.5,31.5,-4.5,-26 NUMMRG,ALL NUMCMP,ALL LESIZE,28,,,3 LESIZE,2