[發明專利]基于ANSYS的生死單元法模擬隧道的盾構開挖方法

在審

• 申請號: 201711250748.7
• 申請日: 2017-12-01
• 公開（公告）號: CN107862157A
• 公開（公告）日: 2018-03-30
• 發明（設計）人: 許彥平;于學鵬
• 申請（專利權）人: 遼寧三三工業有限公司
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 天津濱海科緯知識產權代理有限公司12211
• 代理人: 張瑩

1.一種基于ANSYS的生死單元法模擬隧道的盾構開挖方法，其特征在于，其過程如下：

1)在ANSYS中選用20節點SOLID186實體單元建立隧道模型、巖土模型、管片模型；

2)賦予模型材料屬性，最初整個模型均賦予巖土材料參數，網格劃分采用尺寸控制法，根據模型形狀分別劃分映射網格和自由網格，有限元模型創建完畢；

3)對模型施加邊界條件及載荷：模型下部為豎直方向約束，模型兩側采用法相約束，軸向尾部斷面采用法相約束，為整個模型施加重力加速度g，模擬巖土自重，巖土模型上表面施加2.0MPa的均布壓力載荷，用來模擬地表建筑物或其他載荷。

2.根據權利要求1所述的一種基于ANSYS的生死單元法模擬隧道的盾構開挖方法，其特征在于：在步驟三中的加載求解過程如下：

第一步：先計算出巖土開挖前在自重及地表載荷作用下整個模型的變形沉降及內力分步情況，為模型提供初始的載荷及內力分布；

第二步：采用全斷面的方式開挖第一環管片長度0-2m距離，并用襯砌管片支護，然后計算隧道及周圍巖土在載荷作用下的響應情況；

第三步：采用全斷面的方式開挖第二環管片長度2m-4m距離，并用襯砌管片支護，然后計算隧道及周圍巖土在載荷作用下的響應情況；

第四步：采用全斷面的方式開挖第三環管片長度4m-6m距離，并用襯砌管片支護，然后計算隧道及周圍巖土在載荷作用下的響應情況。

3.根據權利要求1所述的一種基于ANSYS的生死單元法模擬隧道的盾構開挖方法，其特征在于：在步驟一中，模型縱向長度6m(即三環管片長度)，模型寬度取30m，高度30m，隧道外徑8m，管片厚度400mm，隧道埋深取20m。

4.根據權利要求2所述的一種基于ANSYS的生死單元法模擬隧道的盾構開挖方法，其特征在于：加載求解過程中第二步的具體操步驟為：殺死從端面到2m長度、直徑8米圓柱體內的所有巖土單元，然后將第一環襯砌管片模型材料轉換為C25鋼筋混凝土，并重新將第一環管片模型上的所有單元激活，然后為整個模型施加自重及地面荷載，計算得襯砌管片的最大應力值為3.16MPa，管片頂端最大變形值為0.00152m，地表最大沉降值為0.00192m。

5.根據權利要求2所述的一種基于ANSYS的生死單元法模擬隧道的盾構開挖方法，其特征在于：加載求解過程中第三步的具體操步驟為：殺死從2m到4m長度、直徑8米圓柱體內的所有巖土單元，然后將第二環襯砌管片模型(外徑8m厚度400mm長度2m)材料轉換為C25鋼筋混凝土，并重新將第二環管片模型上的所有單元激活，然后為整個模型施加自重及地面荷載，計算得襯砌管片的最大應力值為3.49MPa，管片頂端最大變形值為0.00159m，地表最大沉降值為0.00196m。

6.根據權利要求2所述的一種基于ANSYS的生死單元法模擬隧道的盾構開挖方法，其特征在于：加載求解過程中第四步的具體操步驟為：殺死從4m到6m長度、直徑8米圓柱體內的所有巖土單元，然后將第三環襯砌管片模型材料轉換為C25鋼筋混凝土，并重新將第三環管片模型上的所有單元激活，然后為整個模型施加自重及地面荷載，計算得襯砌管片的最大應力值為3.65MPa.，管片頂端最大變形值為0.00165m，地表最大沉降值為0.002m。