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[隧道设计] 库仑定律:会GEO5隧道有限元分析的男人最招女孩喜欢

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发表于 2015-11-18 16:20:36 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 利百家 于 2016-3-30 11:27 编辑

  天气阴冷,小编今天就以某双轨铁路隧道为工程案例,给大家讲解GEO5隧道开挖有限元分析方法,希望能给小伙伴们暖暖心。
  本隧道工程修建于某褶皱构造的背斜处,隧道顶部的岩土层最小厚度为22m,隧道初始衬砌的厚度为200mm,喷射混凝土型号为C30。隧道拱部采用锚杆支护,锚杆材料为Φ22螺纹钢筋,锚杆长度为4.0m。隧道及围岩结构如图1所示。

图1.jpg
图1 隧道及围岩结构示意图

  本案例采用GEO5岩土工程有限元分析模块进行分析,共分为八个计算工况。

  在工况阶段[建模]中进行分析设置、添加岩土材料、建立几何模型、设置接触面类型及生成网格等。我们可以将已经建好的隧道模型文件,直接导入到软件之中。成功将地层和隧道模型导入到软件之中以后,在【岩土材料】中添加岩土材料,这里将所有岩土材料的模型均选择Mohr-Coulomb弹塑性模型。岩土材料添加完成以后,在【指定材料】界面中将岩土材料指定给各自对应的岩土层。

图3(2).jpg

图2 指定岩土材料

  接着在【接触面类型】中定义隧道衬砌和周围岩土体之间的接触面类型,注意将材料模型选择“Mohr-Coulomb模型”。接触面添加完成以后,即可启动网格生成操作。

  点击进入工况阶段[1],在本工况中分析地层初始地应力。在【分析】界面中直接点击【开始分析按钮】。

图4.png
图3 竖向有效应力云图

  添加工况阶段[2],在本工况中模拟隧道拱部开挖以后围岩的变形情况。在【激活/冻结分区】中添加新挖方,冻结百分比设置为40%,并将其指定给本工况需要挖除的两个隧道上台阶区域。

图5.png
图4 上台阶开挖以后围岩竖向位移云图

  添加工况阶段[3],在本工况中模拟隧道拱部进行衬砌和锚杆支护以后围岩的变形情况。将“上台阶开挖”挖方再冻结30%,并在【梁】界面中为隧道拱顶添加衬砌和锚杆。因为本工况模拟的是未成熟的混凝土,所以在添加衬砌时注意将混凝土弹性模量和剪切模量分别降低为3000MPa和1200MPa。

图6.png
图5 添加衬砌与锚杆

图7.png
图6 拱墙支护以后(混凝土尚未成熟)围岩竖向位移云图

  添加工况阶段[4],在本工况中模拟衬砌混凝土成熟(即已经达到设计强度)以后围岩的变形情况。将“上台阶开挖”挖方再冻结30%,即不再考虑围岩的自承能力。在【梁】界面中提高衬砌混凝土的材料强度,将弹性模量和剪切模量分别提高到30000MPa和12000MPa。

图8.png
图7 衬砌弯矩分布图

  添加工况阶段[5],在本工况中模拟隧道下台阶开挖以后围岩及支护的变形情况。在【激活/冻结分区】界面中点击添加新挖方,将冻结百分比设置为40%,并将其指定给本工况需要挖除的两个隧道下台阶区域。

图9.png
图8 冻结分区

  添加工况阶段[6],在本工况中模拟隧道边墙衬砌以后围岩的变形情况。将“下台阶开挖”挖方再冻结30%,并在【梁】界面中为隧道边墙添加衬砌,

图10.png
图9 添加隧道边墙衬砌

图11.png
图10 边墙衬砌以后围岩竖向位移云图

  添加工况阶段[7],在本工况中模拟隧道边墙衬砌混凝土成熟以后围岩的变形情况。将“下台阶开挖”挖方再冻结30%,并在【梁】界面中提高边墙衬砌混凝土的材料强度。

图12.png
图11 初次支护以后衬砌弯矩分布

图13.png
图12 初次支护以后衬砌法向变形

  今天的内容有点多,您看的辛苦,小编写的也辛苦,看完的朋友不妨点个赞吧!

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