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FLac3D计算隧道作业.docx

发布时间：2022-06-08 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：3.50M 资料格式：docx 举报 版权申诉
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    ;体积模量、剪切模量、摩擦角、粘聚力、抗拉强度
    （2）当侧压力系数为0.5—2.5时的影响
    ;体积模量、剪切模量、摩擦角、粘聚力、抗拉强度
    在某Ⅳ级围岩中开挖一半圆拱直墙形隧道，隧道跨度 10m，边墙高 5m，隧道埋 深 500m，假设围岩为理想弹塑性材料，请采用有限元或有限差分方法分析以下问题： （1）自重应力场作用下隧道开挖后的拱顶下沉和边墙水平收敛大小以及围岩中 的塑性区大小。 （2）若侧压系数为 0.5—2.5，请分析构造应力对隧道拱顶下沉、边墙水平收敛 大小以及塑性区的影响。 （3）若开挖后采用锚喷支护，在隧道拱部和边墙布设系统锚杆，锚杆为全长锚 固的金属锚杆，垂直于洞壁布设，间距 1.5m，长度 3.0m，直径 25mm。喷射混凝土 厚度 100mm，标号为 C20，请分析支护效果。 本题采用 FLAC3D 软件建模计算分析 隧道未开挖时的立体模型 隧道开挖后的立体模型 第一步，建模 由于隧道的半径为 5m，根据经验取 6 倍的隧道半径为围岩影响区，所以取 30m 为边界，划分网格的边长为 0.5m ，本题只分析 x-z 平面上的受力及位移情况即可， 建模命令流如下： new ;建立模型 gen zone radcyl p0 0 0 0 p1 30 0 0 p2 0 1 0 p3 0 0 30 size 10 1 10 30 dim 5 5 5 5 ratio 1 1 1 1 group outsiderock ;右上圆形部分围岩 gen zone cshell p0 0 0 0 p1 5 0 0 p2 0 1 0 p3 0 0 5 size 1 1 10 10 dim 4.9 4.9 4.9 4.9 rat 1 1 1 1 group concretliner fill group insiderock ;右上半圆衬砌 gen zone radtun p0 0 0 0 p1 0 0 -30 p2 0 1 0 p3 30 0 0 size 10 1 10 30 dim 5 5 5 5 ratio 1 1 1 1 group outsiderock ;右下矩形部分围岩 gen zone radtun p0 0 0 0 p1 0 0 -5 p2 0 1 0 p3 5 0 0 size 10 1 10 1 dim 4.9 4.9 4.9 4.9 ratio 1 1 1 1 group concretliner ;右下矩形部分衬砌 gen zone brick p0 0 0 -4.9 p1 add 4.9 0 0 p2 add 0 1 0 p3 add 0 0 4.9 size 10 1 10 ratio 1 1 1 1 group insiderock ;隧道内部 gen zon reflect dip 90 dd 90 orig 0 0 0 ;关于 z 轴对称 plot block group 1
    plot add axes black save jianmo.sav （1）自重应力场作用下隧道开挖后的拱顶下沉和边墙水平收敛大小以 及围岩中的塑性区大小。 围岩选用 M-C 模型，参数的选取： 岩体密度（kg/m3）= 2200, 重力加速度（kg/N）=10, 体积模量(Pa)=5e10，剪 切模量(Pa)= 1.1e10，摩擦角=30o，粘聚力（N）= 1.8e7，抗拉强度（N/m2）=1e7。 在 Z=30m 平面处施加的应力为γh=22000×(500-30)=10.34 e6N/m2。 命令流如下； ;边界条件 fix z range z -30.01 -29.99 fix x range x -30.01 -29.99 fix x range x 29.99 30.01 fix y range y -0.01 0.01 fix y range y 0.99 1.01 apply szz -10.34e6 range z 29.99 30.01 ;设置初始应力状态 model mohr set gravity 0 0 -10 ;设置重力 ini density 2200 ;围岩的密度 prop bulk=5e10 shear=1.1e10 fric=30 coh=0.18e7 ten=1e7 ;体积模量、剪切模量、摩擦角、粘聚力、抗拉强度 set mech ratio=1e-4 plot block state solve ;求解自重应力场 save Gravsol.sav plot block group plot add axes red ;毛洞开挖计算 initial xdisp=0 ydisp=0 zdisp=0 model null range group insiderock any group concretliner any set mech ratio=1e-4 hist unb hist gp zdisp 0 0 5 hist gp xdisp 5 0 -2 plot block state solve ; save maodong0.0.sav 2
    计算结果如下图所示： 未开挖时的隧道 开挖后毛洞塑性区 开挖毛洞后 z 方向上的位移云图 开挖毛洞后 x 方向的位移云图 开挖毛洞后 Z 方向的位移曲线 开挖毛洞后 X 方向的位移曲线 3
    开挖毛洞后 z 方向的应力 开挖毛洞后 x 方向的应力 可以看到开挖毛洞后未支护的情况下，拱顶下沉 4.775mm，边墙水平收敛 2.996mm，围岩塑性区如上图所示。 （2）当侧压力系数为 0.5—2.5 时的影响 侧压力系数为 0.5 时，命令流如下： model mohr set gravity 0 0 -10 ;设置重力 ini density 2200 ;围岩的密度 prop bulk=5e10 shear=1.1e10 fric=30 coh=0.18e7 ten=1e7 ;体积模量、剪切模量、摩擦角、粘聚力、抗拉强度 ini szz -11e6 grad 0 0 22000 ;设置初始应力状态 ini sxx -5.5e6 grad 0 0 11000 ini syy -5.5e6 grad 0 0 11000 ;给定边界条件 fix x range x -30.01 -29.99 fix x range x 29.99 30.01 fix y range y -0.01 0.01 fix y range y 0.99 1.01 fix z range z -30.01 -29.99 fix z range z 29.99 30.01 plot block group plot add axes red ;毛洞开挖计算 model null range group insiderock any group concretliner any set mech ratio=1e-4 hist unb hist gp zdisp 0 0 5 hist gp xdisp 5 0 -2 plot block state solve ; save maodong0.5.sav 不同的侧压力系数的命令流，只需修改不同的初始应力状态的命令即可，在此 对侧压力系数分别为 1.0 , 1.5 , 2.0 , 2.5 的情况，不再重复添加命令流。 4
    侧压力系数不同开挖后的塑性区如下图所示： λ=0.5 λ=1.0 λ=1.5 λ=2.0 λ=2.5 随着侧压力系数的增大，隧道顶部和边墙的塑性区都在逐渐扩大，且拱顶扩大 的更多，当侧压力系数为 2.5 时，塑性区急剧扩大而不能自稳。 5
    不同的侧压力系数开挖后 Z 方向的位移云图如下： λ=0.5 λ=1.0 λ=1.5 λ=2.0 λ=2.5 6
    不同的侧压力系数拱顶处 Z 方向的位移曲线如下： λ=0.5 λ=1.0 λ=1.5 λ=2.0 λ=2.5 7
    不同的侧压力系数 X 方向的位移云图如下: λ=0.5 λ=1.0 λ=1.5 λ=2.0 λ=2.5 8
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