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Basic Tutorials Chapter 3. 三维 连接 隧道施工阶段分析 |1 三维连接隧道施工阶段分析 1 学习 目的及 概 要 1.1 学习 目的 隧道分析的目的在于预先判断隧道施工时围岩的变形 , 以及考察支护的稳定性及对周边建筑物的影响 。 根据情况可以进行二维分析或三维分析 。 在二维分析情况下 , 则必须寻求考虑隧道开挖引起的三维地层变形的方法 。 某些情况下很难通过二维分析模拟 ( 例如 , 主隧道 、 连接隧道及竖井相连接的地层变形行为 , 这显然应考虑空间效应 ), 应当采取三维模型来分析 。 通过本例题可以学习以下主要功能及分析方法 :  隧道建模  几何形状之间的布尔运算  生成及管理网格组  定义施工阶段  结果分析 –施工阶段分析 、 结果及表格输出 ▶连接隧道建模 Basic Tutorials 2 | Chapter 3. 三维 连接 隧道 施工阶段分析 1.2 建模及分析 概 要 例题使用的模型如下图所示 。 此模型是由多地层 , 竖井和主隧道以及连接这两部分的连接隧道组成 。 由于模型左右对称 , 所以只需建立整体模型的一半 , 并将其适当的分割后进行施工阶段分析 。 施工阶段按开挖竖井 -连接隧道 -主隧道的顺序定义 。 ▶模型概要图 Basic Tutorials Chapter 3. 三维 连接 隧道施工阶段分析 |3 2 设 置分析 条 件 [启动开始文件 ( 03_3DTunnel_start) 。 ] * : 分析 分析工况 设置 ( Analysis Analysis Case Setting) 首先 , 设置模型类型 、 重力方向及初始参数 , 确认分析中使用的单位制 。单位制可在建模过程及确定分析结果时修改 , 输入的参数将被自动换算成设置的单位制 。 本例题是以 Z 轴为重力方向的三维模型 , 单位制使用 SI 单位 ( kN, m)。 ▶ 分析设置 Basic Tutorials 4 | Chapter 3. 三维 连接 隧道 施工阶段分析 3 定 义 材料及 属 性 3.1 定 义 岩土及 结构 材料 土层材料的模型类型选择莫尔 -库伦 ( Mohr-Coulomb), 结构材料选择不考虑材料非线性的弹性 ( Elastic) 模型 。 各地层和结构使用的材料如下表 。 [单位 : kN, m] 名称 软岩 风化岩 风化土 材料 各向同性 各向同性 各向同性 模型类型 莫尔 -库伦 莫尔 -库伦 莫尔 -库伦 一般 弹性模量( E) 2.0E+06 5.0E+05 5.0E+04 泊松比( v) 0.25 0.30 0.30 容重 ( r) 25 23 18 Ko 1.0 0.7 0.5 渗透性 容重(饱和) 25 23 18 初始孔隙比( eo) 0.5 0.5 0.5 排水参数 排水 排水 排水 非线性 粘聚力( C) 200 20 20 摩擦角 35 33 30 [单位 : kN, m] ▶岩土材料 ▶定义岩土材料 -一般 ▶▶定义岩土材料 -渗透性 ▶▶▶定义岩土材料 -非线性 Basic Tutorials Chapter 3. 三维 连接 隧道施工阶段分析 |5 名称 混凝土面板 喷混 锚杆 材料 各向同性 各向同性 各向同性 模型类型 弹性 弹性 弹性 弹性模量( E) 2.0E+07 1.5E+07 2.10E+08 泊松比( v) 0.2 0.2 0.3 容重 ( r) 25 24 78.5 3.2 定 义属 性 创建网格时 , 需要指定各网格组上分配的属性 。 在定义岩土和结构的属性时 , 首先需要选择材料 。 另外 , 在定义结构的属性时 , 需要定义结构构件类型 、 截面形状等参数 。 在三维模型中 , 使用板单元模拟连续的墙体和喷混 , 使用植入式桁架这种线单元模拟锚杆 。 植入式桁架单元 、 桁架单元均只能承受轴力 。 但是 , 植入式桁架单元相对桁架单元差别在于 , 不需要与岩土单元节点耦合 , 且位置必须在岩土内部 。 因此 , 植入式桁架主要用于模拟三维模型中的土钉 、 锚杆 、锚索等 。 各岩土材料的属性如下表 。 [单位 : kN, m] 名称 软岩 风化岩 风化土 种类 3D 3D 3D 材料 软岩 风化岩 风化土 ▶结构材料 ▶定义结构材料 ▶岩土属性 Basic Tutorials 6 | Chapter 3. 三维 连接 隧道 施工阶段分析 各结构构件的属性如下表 。 若定义了截面形状 , 则程序自动计算截面刚度 。 [单位 : kN, m] 名称 混凝土面板 主隧道 /连接隧道喷混 竖井喷混 锚杆 类型 2D 2D 2D 1D 模型类型 板 板 板 植入式桁架 材料 混凝土面板 喷混 喷混 锚杆 间距
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