FLACD计算隧道作业

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genzoneradcylp0000p13000p2010p30030size1011030dim5555ratio1111groupoutsiderock;右上圆形部分围岩genzonecshellp0000p1500p2010p3005size111010dim4.94.94.94.9rat1111groupconcretlinerfillgroupinsiderock;右上半圆衬砌genzoneradtunp0000p100-30p2010p33000size1011030dim5555ratio1111groupoutsiderock;右下矩形部分围岩genzoneradtunp0000p100-5p2010p3500size101101dim4.94.94.94.9ratio1111groupconcretliner;右下矩形部分衬砌genzonebrickp000-4.9p1add4.900p2add010p3add004.9size10110ratio1111groupinsiderock;隧道内部介gen耳zon顶refle秧ctdip汇90坑dd禽90华orig亩0彩0耗见0杜;柴关于蒸z楼轴对称痰plot唱block蒸group项plot正adda地xesbl欢ack树save盼jianm洲o.sav勇（剂1）自重应力拆场作用下隧道湿开挖后的拱顶倘下沉和边墙水邻平收敛大小以份及围岩中的塑辰性区大小诵。搞围岩苏选用M-C模月型，证参数的选取：井岩体密度（k典g/m静3趋）=220约0,重力加替速度（kg/岂N）柄=10哀,凝摆体积模量(P脏a)=5e1耀0，剪切模量湿(Pa)=堪1.1e1攻0植，摩擦角=3服0纤o新，粘聚力（N对）=钩1己.挨8e7绩，抗拉强度（办N/m录2喊）=浙1e7呢。在Z=30衣m平面处施加样的应力为帐γ河h=2200攻0字×孩(500-3悬0)=10.苗34通榴e6谅N/m据2暮。命令流如下；;边界条件婆fix箭zran浩gez-互30.01已-29.99敢滤fix床xran尝gex-糟30.01鄙-29.99续骡fix尝xran夫gex2娃9.993防0.01泳fix贪yran孤gey-柜0.010锹.01那fix强yran羽gey0麻.991.徒01朵apply蛾szz咏-10.3鸦4e6ra悄ngez谈29.99翻30.01搞;悟设置初始应力料状态丈model竖艇mohr竟拢setgr目avity挽0优0千-10;稼设置重力谦ini低densi良ty220机0;塞围岩的密度走prop边bulk=险5e10s台hear=1草.1e10尾fric饲=30垄coh病=0.18e瘦7ten=捐1e7毫;盯体积模量、剪氧切模量、摩擦蚁角、粘聚力、有抗拉强度汁set弄层mech吐ratio农=1e-4屈plot建block碑state老solve传;面求解自重应力单场败save度Gravs宏ol.sav总欲plot句block吗group顾睬plot峡adda之xesre粪d眼;汪毛洞开挖计算崇initia核l割糊xdisp域=0跨ydisp淡=0腹zdisp酿=0择model光null鲜range撕group址inside怨rock跃anyg断roup忆concre蹲tliner鞠any恨set魂监mech伶ratio配=1e-4亭hist急取unb洁hist聪放gp蜻姐zdisp宴0亦0慎5获hist熊闷gp安棍xdisp首50-验2泡plot恼block委state洗扰solve周;够save架maodo本ng0.0.笋sav涌计算结果如下对图所示蝴：洗未开挖时的隧掀道拆胡齿柜开挖后毛洞塑数性区灾反开挖题毛洞虫后诚z浑方向上的位移避云图颈枣开挖毛洞后存x顽方向的位移云势图膝开挖毛洞后雪Z穴方向的位移训曲线泛阻扩开挖嗽毛洞于后咽X末方向的掩位移益曲线但开挖毛洞后篇z商方向的应力终许椅辰开挖毛洞后宏x间方向的应力摔可以看到开挖斯毛洞后未支护泳的情况下，拱涂顶下沉且4.775m克m脏，边墙水平收扑敛法2.996m铸m运，围岩塑性区乏如上图所示。杯（2）宝当侧压力系数严为0.5邀—2.5览时的影响府侧压力系数为飞0.5苦时，命令流如线下：众model碗抢mohr孤甜setgr却avity祸0淘0战-10;巴设置重力搬ini恋densi股ty220由0;抓围岩的密度筒prop乌bulk=箩5e10s梳hear=1药.1e10进fric龙=30重coh携=0.18e毙7ten=桑1e7土;蒜体积模量、剪牧切模量、摩擦川角、粘聚力、责抗拉强度垃ini贱价szz乞-11e6两grad漫0覆0射22000楼;慧设置初始应力沾状态着ini凭矿sxx号-5.5e尊6grad怠0救0姐11000谱ini阁薪syy兴-5.5e慧6grad滋0挽0粗11000旷;幼给定边界条件崭fix秆xran朋gex-商30.01朱-29.99楼fix及xran美gex2划9.993税0.01翅fix茄yran隔gey-咐0.010盖.01抖fix刮yran蠢gey0不.991.稠01纠fix胸zran浆gez-醒30.01减-29.99涉fix能zran露gez2捎9.993姑0.01斑plot幼block躁group点丑plot滴adda悼xesre乞d淡;螺毛洞开挖计算缩model附null味range俊group猫inside所rock露anyg狱roup英concre垒tliner萝any决set蚀慈mech捆ratio美=1e-4别hist婚闪unb呈hist淋享gp呼骗zdisp划0坚0闷5息hist么额gp撑窜xdisp垃50-田2执plot资block负state浊族solve胳;佳save拳maodo扔ng0.5.票sav纠不同的侧压力醒系数的命令流唱，只需修改不陡同的初始应力剑状态的命令即匙可，在此对侧锈压力系数分别次为兼1.0,童1.5,吹2.0,抖2.5弦的情况，不再撒重复添加命令蛇流。刘侧压力系数不烤同开挖后的塑轨性区如下图所每示：根将权辩λ室=0.5画贩横狠默固λ弯=1.0渣λ乡=1.5担巷涉思复λ危=2.0λ=2.5腥随着侧压力系风数的增大，隧党道顶部使和边墙上的塑性区冤都耍在逐渐扩大，激且拱顶扩大的母更多，驳当侧压力系数华为2.5时，越塑性区急剧扩访大而不能自稳顺。沃不同嘉的鹊侧压力系数开星挖后驼Z方向的位移痕云图丸如下臣：漏λ课=0.5拖苏计茎矛宏丹λ谁=1.0乳λ湖=1.5戏筑烈顶捷筝λ式=2.0λ=2.5贩不同忘的洲侧压力系数遭拱顶处蛋Z方向的位移蹄曲线暖如下跳：睡λ符=0.5类抚蝇仿属卫磁λ轻=1.0智远λ束=1.5虽绍枕转求算棚λ访=2.0λ=2.5怪不同冈的冒侧压力系数旁X方向的位移杜云图颗如下询:浙λ单=0.5斑萄匀晋侧证λ梢=1.0叛λ凉=1.5柳公乞嫩遣遇尝痰踏λ用=2.0λ=2.5籍不同分的盈侧压力系数布X局方向的位移曲挂线势如下衰:痕λ秩=0.5顺居港喊傻勒妈λ惠=1.0么λ率=1.5卖养枕基趟削λ杨=2.0λ=2.5遥不同享的已侧压力系数顿X方向的应力志云图糖如下穿：碑λ沫=0.5做夸膨应漆燕λ队=1.0青λ庙=1.5挑药膛娘万希λ新=2.0λ=2.5镇不同慕的霜侧压力系数撞Z方向应力云荷图伞如下块：缝λ种=0.5陷钱绝刃须冠λ析=1.0脾λ室=1.5谎冬屠茎给茫λ搁=2.0λ=2.5例侧压力系数杰λ园0.5依1.0金1.5州2.0伤2.5涛拱顶竖直位移原（mm龙）本2.861瓦2.988茄4.217惹6.222钉8.142辈边墙水平位移份(mm)语2.052忙3.253式4.949住7.200符9.963肿可以看到随着拒侧压力系数的原增大，拱顶竖剖直位移和边墙者水平位移都相天应增加，且水霞平位移增加的加速度比竖直位纳移增加的速度声快。塑性区随敞着侧压力系数这的增大而增加阔，且拱顶处的济塑性区增加的失多。这说明水仓平的构造应力刊对边墙的水平松位移和拱顶的每塑性区影响较挣大。顾（3）泛开挖隧道后采阿用锚喷支护：命令流如下：土restor农e超Gravs急ol.sav扬plot绒block书group愁恨plot圾adda气xesre宜d臭;烫毛洞开挖计算晒initia邻l锦幸xdisp庸=0咳ydisp房=0便zdisp角=0朗model伍null疤range竹group宪inside胜rock发anyg么roup恢concre鸦tliner宽any塘hist识猾unb燥hist肠短gp祥衔zdisp搭0涉0叫5誉hist喇印gp刮盛xdisp钓50-挤2洗step1企00呆;银计算开挖箭100振步后进行支护欧;洋模筑衬砌计算邀model跌警elas命range唉group愁跨concre倒tliner拾any风杂ini井densi恳ty250择0rang威egrou走p罢concre慰tliner湖any;苗衬砌混凝土的唐密度抵prop亚bulk=获26.67e飘10,she阵ar=22.飘5e10r岗angeg深roup泽concre淡tliner纽any况;笛衬砌混凝土的妨体积弹模、剪昼切弹模;加锚杆扮sel币cable米海 狼id=1朴 寿begin爽 旋-5各 饺0楼 遍0棍 保明鸭end术 面-8枯 饱粱0版 未0肺 胀辣nseg氏=4凝sel压cable内要 汽id=2喊 荣begin富 些-4.755妄3冶 踩0尚 波1.5451蛙 蝶end灿 嫩-7.608逆5后 招0针 迷2.4721植 拢nseg骗=4张sel巷cable絮呜 奋id=3幸 侨begin柔 耽-4.045滔1秃 范0巨 垄2.9389扁 堆end轨 冠-6.472教1茂 锡0麻 逮4.7023销 裙nseg荷=4键sel朋cable宣扣 鹅id=4与 症begin晓 傍-2.938稍9脱 点0占 险4.0451江 船end势 梁-4.702饮3店 淡0鹊 统6.4721肃 翅nseg态=4驻sel染cable晓嫁 咽id=5支 梨begin活 川-1.545判1术 岁0漂 弃4.7553澡 伴end清 济-2.472组1妖 墨0套 更7.6085消 随nseg思=4陪sel巾cable奴叛 旗id=6钢 案begin洲 粪0砍 脸0突 考5锤 款减贸end徐 疾0坐 赞壮0锣 战8洲 诊策nseg男=4次sel漏cable群渣 喜id=7状 裁begin挥 怨1.5451剥 努0销 采4.7553条 蠢end而 种2.4721崇 优0雪 六7.6085魂 魔nseg塘=4克sel云cable叮故 窃id=8辫 服begin火 捆2.9389等 盐0确 岔4.0451动 追end歇 国4.7023凡 罗0拦 校6.4721煌 啦nseg夸=4遣sel彩cable郑江 际id=9勉 酿begin赢 援4.0451会 场0你 蹲2.9389酷 展end队 飘6.4721遍 否0滋 谋4.7023钢 默nseg翻=4膜sel纷cable储海 纠id=10扶 合begin宾 准4.7553姿 兵0跳 肯1.5451逐 课end捷 为7.6085脖 庙0遭 挑2.4721笛 眼nseg黎=4飞sel剖cable歇废 馅id=11慈 集begin洗 毙5纽 概0撕 诸0日 郊阀协end暑 造8吩 套斤0衔 捆0洋 怒攻nseg坑=4符sel叙cable雄旬 祝id=12而 身begin加 昏5砍 彻0主 于-1.25徐 黎咱end讲 窗8虚 志硬0京 师-1.25块 铅nseg军=4续sel千cable希狸 第id=13测 融begin尚 斧5谋 脾0茄 名-2.5盗 族消肿end竞 券8木 甲聋0夹 猴-2.5拐 沫nseg夜=4泊sel诞cable盒喘 仗id=14欣 浩begin等 罪5柿 晓0党 罪-3.75椒 勾已end命 街8饰 球症0贯 春-3.75瓶 筹nseg欣=4药sel宿cable每辣 侦id=15映 眠begin雀 锋5醉 国0码 巴-5弓 醉寿随end贞 匙8漏 臣垒0勒 著-5槐 混nseg则=4榨sel编cable康中 轿id=16景 魄begin帐 裙-5相 壮0屡 蝇-1.25柱 萍再end剃 旗-8贱 不子0蜻 由-1.25没 采nseg昆=4丈sel们cable遭君 谜id=17落 软begin作 报-5筛 扩0洁 稳-2.5安 滋丑宝end盈 期-8汁 漂细0膀 委-2.5绣 毯nseg悠=4脉sel坊cable省希 工id=18书 巾begin盲 绳-5沈 吃0味 逮-3.75袭 晕艳end短 孝-8灵与 杨0姻 转-3.75绳 悔nseg然=4疮sel津cable轻逢 攀id=19须 迷begin拒 骄-5盘 啄0触 曾-5猾 献