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隧道力学围岩特征曲线
西南交通大学
隧道力学(作业)
Flac3d求解围岩特征曲线
年级:
学号:
姓名:
专业:
2011年11月
第1章问题分析
1
求解方法建模及计算
2.1模型建立1.
2.2命令流及解释2
3.1数据处理6
3.2围岩特征曲线绘制7
3.3结果分析8
参考文献
8
FLAC3D求解围岩特征曲线
第1章问题分析
1.1围岩特征曲线定义
围岩的特征曲线,亦称为围岩的支护需求曲线。
它形象的表明围岩在洞室周边所需提供的支护阻力及与其周边位移的关系。
1.2求解方法
同一围岩级别下,相同隧道埋深情况下,通过改变衬砌的强度(修改体积模量及剪切模量)分别求解相应强度下隧道收敛平衡时的拱顶竖直位移和应力,根据所得数据绘制该围岩级别下相应埋深的围岩特征曲线。
第2章建模及计算
2.1模型建立
图2.1-1
如图2.1-1,圆形隧道外径为6m,衬砌厚度为0.2m,考虑隧道影响范围,模型宽度为30m,高度为30m。
V级围岩和W级围岩通过定义材料的相关参数来建模;根据二二h计算出相应埋深(即50m、100m、150m)下产生的应力,将应力分别作用于模型上来建模求解。
2.2命令流及解释
以V级围岩150m埋深为例,其命令流如下:
;绘制5级围岩150m特性曲线,改变衬砌的E进行计算new
;建立模型,取圆形隧道半径为2.9米,衬砌厚度为0.1米,
genzoneradcylinderp0000&
pl1500&
p2010&
p30015&
p41510&
p50115&
p615015&
p715115&
p8300&
p9003&
p10310&
p11013&
size51811&
ratio1111.2&
groupoutsiderock;定义围岩分块
genzonecshellp0000&
p1300&
p2010&
p3003&
p4310&
p5013&p82.900&
p9002.9&
p102.910&
p11012.9&
size3161&
ratio1.1111&
grouplining;定义衬砌分块
genzonecylinderp0000&
p12.900&
p2010&
p3002.9&
groupexcavation;定义开挖分块
genzonereflectdip0dd90
genzonereflectdip90dd90
;显示模型及坐标轴
plotaddaxered
ploblogro
;设定边界条件
fixxranx14.915.1
fixxranx-14.9-15.1
fixyrany-0.10.1
fixyrany0.91.1
;用于加载竖向应力,模拟隧道埋深产生的
fixzranz-15.1-14.9applyszz-315000rangez14.915.1
荷载
;初始应力场计算
;设定材料属性
modelmohrrangroupoutsiderock
propbulk5e8shear1.071428e8coh0.18e6ten1e10&rangroupoutsiderock
inidens2250rangroupoutsiderock
modelmohrrangrouplining
propbulk5e8shear1.071428e8coh0.18e6ten1e10&rangrouplining
inidens2250rangrouplining
modelmohrrangroupexcavation
propbulk5e8shear1.071428e8coh0.18e6ten1e10&
rangroupexcavation
inidens2250rangroupexcavation
setgrav00-9.8;设置重力加速度
histid=1unbal;记录最大不平衡力
step1000;计算步数设定并计算;solve
save5-50m.sav
;开挖计算相应衬砌下的拱顶竖向应力szz003及其沉降zdis003
modelelasticrangrouplining
propbulk15.2e7shear11.4583333e7rangrouplining;衬砌的属性inidens2500rangrouplining
modelnullrangroupexcavation;开挖部分属性
setgrav00-9.8
histn=1000;设定每隔n步记录一次
histzoneszz003;记录拱顶点竖向应力
histgpzdis003;记录拱顶沉降
step3000;计算步数设定并计算hiswrite2v3file5-150m-cq.txtsave5-150m-cq.sav
第3章计算结果及分析
根据建模求解得到的数据,处理数据如表3.1-1、3.1-2所示
表3.1-1V级围岩下数据处理结果汇总
五级围岩
弹性模量=5e8剪切模量=1.071428e8
埋深
150米
埋深
100米
埋深
50米
衬砌弹性模量
位移
内力
衬砌弹性模量
位移
内力
衬砌弹性模量
位移
内力’
1.52E+08
0.03572
95190
1.52E+08
[0.01791
74460
1.52E+08
0.01196
86600
1.52E+09
0.02431
177900
1.52E+09
「0.01502
131300
1.52E+09
0.01148
104000
1.52E+10
0.02054
308900
1.52E+10
0.01353
189900
1.52E+10
0.01101
125000
1.52E+11
0.01959
365100
1.52E+11
「0.01321
199000
1.52E+11
0.01092
127000
1.52E+12
0.0195
369800
1.52E+12
0.01317
201500
1.52E+12
0.01092
126000
1.52E+13
0.01948
370800
1.52E+13
0.01317
202500
1.52E+13
0.0109
128000
1.52E+14
0.01949
370400
1.52E+14
「0.01314
204000
1.52E+14
0.01091
127000
1.52E+15
0.01948
370900
1.52E+15
0.01316
202100
1.52E+15
0.01091
127000
表3.1-2W级围岩下数据处理结果汇总
四级围岩
弹性模量=1.923e9剪切模量=4.167e9
埋深
150米
埋深
100米
埋深
50米
衬砌弹性模量
位移
内力
衬砌弹性模量
位移
内力
衬砌弹性模量
位移
内力1
1.52E+08
0.00223
252300
1.52E+08
0.001703
255200
1.52E+08
0.001315
241400]
1.52E+09
0.002217
252300
1.52E+09
0.001702
254500
1.52E+09
0.001314
240300:
1.52E+10
0.002169
253600
1.52E+10
0.001688
253100
1.52E+10
0.001309
234900]
1.52E+11
0.001997
355300
1.52E+11
0.001613
303600
1.52E+11
0.001265
259200]
1.52E+12
0.001851
485100
1.52E+12
0.001512
403500
1.52E+12
0.001239
272400
1.52E+13
0.001837
500300
1.52E+13
0.001505
409700
1.52E+13
0.001237
274000
1.52E+14
0.001835
503700
1.52E+14
0.001504
411700
1.52E+14
0.001234
278600
1.52E+15
0.001835
503900
1.52E+15
0.001504
411600
1.52E+15
0.001233
280600
3.2围岩特征曲线绘制
根据3.1节中所得数据,绘制围岩特性曲线如图3.2-1~2
图3.2-1五级围岩特征曲线
四级闌右特仙I线
图3.2-2四级围岩特征曲线
3.3结果分析
通过对计算结果的分析,可以得出以下结论:
1、在洞周极限位移范围内,容许围岩的位移增加,所需要的支护阻力减小,而应力重分布的结果大部分由围岩承担,反之亦然;
2、相同围岩情况下,总体上随着埋深的增加,围岩所需的支护阻力增加,产生的位移也增加;
3、不同围岩情况下,相同的埋深情况下,总体上随着围岩级别的减小,围岩所需的支护阻力减小,产生的位移也减小。
参考文献
[1].GLAC/FLAC3D基础与工程实例》(2008);
[2].〈隧道及地下工程FLAC解析方法》(2008);
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- 隧道 力学 围岩 特征 曲线