采用ABAQUS的隧道稳定性分析
Abaqus稳定性与屈曲—汇报篇2
（3）施加载荷
点击 （Create Boundary Condition）创建位移载荷， 施加Z方向大小为5的位移载荷。
（4）提交作业并分析 在分析步中勾选set-1的支反力和set-2的位移以及全 模型的能量输出，通过数据处理得到位移载荷图。
得到位移载荷图如下
位移-载荷图
0 0 -1000 -2000 -3000 -4000 10 20 30 40 50 60 70 80 90
-5000
-6000 -7000 -8000
总能量图
显式有限元法
显式分析 问题描述
已知条件和前面相同，用显式分析方法求解该屈曲 例子，做出位移载荷图形。 求解步骤 （1）建立或导入模型，设置材料特性 （2）分析步 （3）设置单元集，绑定约束 （4）定义边界条件和载荷 （5）定义和划分网格 （6）求解和分析
用同样的方法，建立另一端的Set,取名Set-2
Module选择Iteracton,点击 （Create Constraint),选择 Coupling,分别定义两端建立的set点和所在截面的约 束。
（4）定义边界条件和载荷 建立T型轴右端的固定约束，类型选择位移转角，位 置选择Set-1.
点击主菜单中Tool中的Amplitude,创建类型选择 Tabular
线性屈曲分析
注意地方
线性分析 问题描述 如图所示的T型轴结构，轴长800mm，材料为铝，弹 性模量70GPa，泊松比0.3，求该轴的前4阶屈曲模态。
解决步骤
• • • • • • • 建立模型 定义材料 装配 分析步 边界条件及载荷 定义并划分网格 求解和分析
（1）建立模型
单击 ( Create Part）按钮，“实体”形式，“拉伸”方式
基于ABAQUS的地下隧洞开挖及围岩稳定性分析
基于ABAQUS的地下隧洞开挖及围岩稳定性分析都辉;任旭华;张继勋;吾克尔·吾买尔【摘要】以ANSYS为平台建立了有限元分析模型,采用ABAQUS作为计算和后处理软件,对工程区的地应力场开展了研究,分析了有断层贯穿的隧洞开挖及支护后围岩的稳定性,探究了提高围岩体参数的等效模拟方法的可行性.分析结果表明,断层对隧洞开挖后的围岩应力及位移均有不利的影响,容易出现应力集中现象;锚杆采用等效参数模拟的结果是合理、简捷的;支护系统提高了围岩体的稳定性.【期刊名称】《三峡大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2014(036)002【总页数】5页(P28-32)【关键词】ABAQUS;地应力;稳定性;断层;锚杆;支护系统【作者】都辉;任旭华;张继勋;吾克尔·吾买尔【作者单位】河海大学水利水电学院,南京210098;河海大学水利水电学院,南京210098;河海大学水利水电学院,南京210098;河海大学水利水电学院,南京210098【正文语种】中文【中图分类】TV39地下洞室围岩稳定性问题研究方法［1］主要有：工程地质法、模拟实验法、现场测试法、数值分析法等，其中数值分析法已发展成为评价围岩整体稳定性及设计支护系统的重要方法.断层是地下洞室开挖过程中最常见的不良地质现象，有断层分布的区段是地下洞室围岩最不稳定的区段之一.阮彦晟［2］从断层附近应力分布的异常角度做了相关研究，分析了地下工程围岩的稳定性，指出了断层对稳定性的不利影响；崔芳等［3］对断层影响下隧道围岩稳定性进行了数值模拟分析；吴满路等［4］从地应力测量方面对隧洞围岩稳定性做了相应研究，指出了断层对稳定性的危害.综上所述，断层对围岩的稳定性起着重要的作用，有必要对其进行深入研究.1 工程概况波堆水电站是波得藏布流域梯级开发的第三级电站，坝址海拔2780m，控制流域面积2453km2，年均流量132m3／s，电站装机9600kW，年均发电量6714万kW·h，是以发电为任务的单目标工程.泄洪建筑物主要有洞室溢洪道和泄洪洞（兼导流洞）.泄洪洞总长536.66m，为圆形隧洞，洞径10m，布置在左岸山体中.导流洞洞身段0＋080～0＋395段岩性为灰岩，以弱风化～微风化岩体为主，依据《水力发电工程地质勘察规范》（GB50287-2006）附录J围岩分类标准，属Ⅲ类岩石；洞顶山岩覆盖厚度均大于3倍洞径，为Ⅳ类岩石；导流洞外侧岩质岸坡部位砂质板岩内小规模断层较发育，导流洞洞身部位局部地段小规模断层较发育，断层破碎带和灰岩接触带部位风化作用较强，岩性较破碎，属Ⅴ类岩石，需进行支护.导流期采用现浇C40混凝土衬砌，衬砌厚度1m，存在断层和破碎带.选桩号0＋120至0＋320段进行计算分析，地质剖面图如图1所示，隧洞埋深30～60m. 图1 导流洞地质剖面图2 数值分析2.1 计算假定文章的数值模拟计算是基于以下的假定：1）初始应力场仅考虑自重作用；2）不考虑地下水在开挖过程中的作用；3）开挖过程并没有模拟施工过程，而是理想的一次性开挖.4）模型的支护中只考虑初期支护喷混凝土和锚杆支护作用，未考虑二衬.2.2 计算模型与计算参数本文采用Ansys建立三维有限元模型，将节点和单元信息导入ABAQUS中进行计算和后处理，采用的本构模型为摩尔-库伦理想弹塑性模型.模型除上表面为起伏的曲面外其余均为垂直于坐标轴的平面，其中垂直于X轴的两个平面与垂直于Z轴的两个平面均采用法向位移约束，底面位移完全约束.3类岩石及断层破碎带均采用四面体实体单元模拟，断层厚度1m，倾角在60°左右，斜穿过隧洞，材料为Ⅴ类岩石.模型共99325个节点、93288个单元.材料参数由波堆水电站地形地质资料而得，具体见表1，有限元模型网格划分及坐标系建立如图2所示，其中Y方向为竖直方向，X方向为洞轴线方向.表1 材料参数类型密度ρ／（kg·m-3）弹性模量E／GPa泊松比μ抗拉强度R／MPa粘聚力c／MPa摩擦角φ／°2650 8 0.252.2 1.147.4Ⅳ类岩石 2450 5 0.3 2 0.5 35Ⅴ类岩石 2250 1.2 0.4 1.5 0.2 25混凝土（C40）Ⅲ类岩石2400 32.5 0.21.71 - -图2 模型网格图3 初始应力场分析为保证初始位移为零同时对模型施加初始应力场，必须进行地应力的平衡，即通过正演计算提取应力作为内力然后再施加重力荷载进行平衡，从而实现初始应力场的施加同时保证初始位移为零.ABAQUS提供了4种方法来平衡地应力［5］：初始应力提取法、关键字定义法、子程序定义法及（AUTOBALANCE）自动平衡法.考虑到本例地表起伏不平及岩土材料不均匀的情况，采用初始应力提取法进行地应力平衡.该方法中的文件FILENAME.INP获取方法为：首先将已知边界条件施加到模型上进行正演计算，然后将计算得到的每个单元的应力外插到形心点处并导出6个应力分量.将得到的应力作为内力施加到模型中同时施加重力荷载重新计算，即实现地应力的平衡，如图3所示（本文位移单位均为m，应力单位均为Pa，后面均不再标注）.图3 地应力平衡效果图观察图3平衡后的结果可知，模型位移的量级由厘米级降到零点几个毫米级，可以近似认为初始位移为零，而竖向应力基本一致，平衡效果较好，这样就实现了模型近似不变形的情况下，将自重形成的初始应力场施加到模型上的目的.4 洞室开挖围岩稳定性分析X＝43.8m截面和Z＝56m截面为洞轴线与断层相交点所处的X向和Z向典型截面，本例重点分析断层的不利影响，因此选择这两个截面来研究.4.1 开挖完成后位移场分析1）顶拱和底板的位移主要以竖向位移为主，且沿X轴纵深方向顶部与底部竖向位移大小均是增加趋势，原因是上部岩体及覆盖层自重也是沿X轴增加，如图4所示.图4 开挖后竖向位移分布云图2）通过Z＝56m截面观察竖向位移U2分布云图，发现竖向位移沿X轴纵深方向变化规律在断层与隧洞交汇处出现波动，顶拱和底部的最大位移均出现在断层附近（如图5所示），所以断层与隧洞交汇处的位移为控制位移.图5 Z＝56m截面竖向位移最大点3）洞室开挖后，由于应力释放，围岩产生指向洞室内部的回弹变形，顶拱和底部位移较大为3mm，两侧位移较小，分布如图6所示.4.2 开挖完成后应力场分析1）观察第一主应力断面图，发现在洞室与断层的交汇处出现不同程度的应力集中，在断层上盘和下盘都存在一个最大拉应力极值，为0.38MPa（如图7～8所示），这是由两个应力载荷共同作用的结果［6］，一是原始应力场中的应力因隧洞开挖而重新分布后对洞壁形成的载荷；二是断层面受上盘挤压而形成的垂直断层面的侧向应力的分力，再加上断层的岩体一般都比较软弱和破碎，不能承受高的应力所致，但断层厚度仅有1m，所以影响范围并不是很大，而且拉应力并未超过Ⅴ类岩石抗拉强度1.5MPa.图6 开挖后X＝43.8m截面合成位移分布云图图7 X＝43.8m截面主应力云图图8 Z＝56m截面主应力云图2）隧洞开挖后，由于开挖扰动使得围岩应力在一定范围内有所调整，地应力分布状态也会出现明显的扰动，围岩体第一主应力越靠近洞壁越大，应力值增大幅度明显，顶拱和底部增至最大，远离洞壁位置，最大主应力的变化幅度较小，呈平稳变化.4.3 塑性破坏区隧洞开挖后，断层附近的岩体会产生弹塑性区.本例断层的倾角在60°左右，且厚度为1m，附近的塑性区变化不明显，塑性区主要分布在断层破碎带范围内［7］，如图9所示，说明断层仍是影响围岩稳定的重要因素.图9 塑性区分布图上述结果表明：开挖后最大拉应力点和竖向（U2）最大正负向位移均出现在断层与隧洞的交界处，这是由于洞室开挖构成了岩体的临空面，这些临空面与断层把岩体切割成柱体或楔形体等易失稳构件，应力波动比较剧烈，加上断层破坏了岩层的连续性和完整性，导致断层附近岩石比较软弱和破碎、强度低、力学性质比较复杂，不能承受高的应力和不利于能量积累，所以此处成为应力降低带.考虑到围岩受断层影响的不利性，有必要采取适当支护措施来限制围岩位移的继续扩大，同时也是为了防止因应力恶化出现岩爆冒顶或冲击地压而导致围岩失稳.5 支护措施与支护效果分析本例采取的支护措施为施加混凝土初衬及在断层与隧洞交汇区段施加锚杆.通过计算，分析比较了有无衬砌情况下断层与隧洞交汇区段围岩体所受的拉应力极值的变化，结果表明施加混凝土初衬后，围岩体位移得到了明显改善，但交汇区段的拉应力极值却由0.38MPa增大到1.2MPa，已经很接近Ⅴ类岩石的抗拉强度1.5MPa，因此要加强交汇区段的支护措施，即在断层与隧洞交汇区段施加锚杆.通常在实际工程中的锚杆数以千计，如果逐一进行模拟会耗费大量的时间且难度较大，所以采用将岩体锚杆支护系统看成一种增强材料，建立等效力学模型，提高材料参数的方法进行模拟，从而简捷地为工程设计和施工提供参考意见.5.1 ABAQUS锚杆嵌入式模拟方法与等效参数方法比较5.1.1 ABAQUS锚杆嵌入式模拟（方案1）该方案是在ABAQUS前处理器中建立锚杆模型，采用＊Embedded Element命令实现锚杆的嵌入.为使锚杆模拟方便，采用已有节点进行杆单元（T2D2）的创建，锚杆采用普通砂浆锚杆，直径Φ22，长度深入岩石3m，间排距约为3m，密度为7800kg／m3，弹模为200GPa，泊松比取0.27.5.1.2 等效参数法（方案2）锚杆的作用相当于形成一个环向加固区［8］，简单的处理方法就是提高锚杆作用区的力学指标c（粘聚力），φ（摩擦角）值，依据锚杆-围岩复合结构体的力学参数确定方法［9］，粘聚力可根据Dulacska的公式计算式中，D为锚杆直径；c′0为锚杆-围岩复合结构体的初始粘聚力；σs为锚杆抗拉强度；c0和φ0分别为围岩初始状态的粘聚力和内摩擦角；sa和sc分别为在隧洞轴向和环向上的间距.锚杆-围岩复合结构体的内摩擦角的计算公式：由公式（1）和（2）可计算得出锚杆-围岩复合结构体的粘聚力和内摩擦角，相比于未加锚杆前围岩的粘聚力和摩擦角，本例摩擦角φ提高了10°，粘聚力c提高了30%.5.1.3 结果分析选择Z＝56m截面及X＝146.3m截面为典型截面，观察位移与第一主应力分布云图.两种方法均可实现限制围岩体位移的目的，与只施加混凝土初衬相比，在锚固区的位移均有明显减小（如图10所示）.在效果接近的情况下，采用ABAQUS嵌入式锚杆模拟方法围岩体的第一主应力最大值未超过0.67MPa，而等效参数模拟法得到的围岩体主拉应力最大值未超过1MPa（如图11所示）.两种方法位移分布基本一致，围岩体所受拉应力值均在合理范围内，因此在模拟工程实例进行有限元分析时，对于方案一锚杆建模不便时，可以适当采用方案二进行简捷等效计算，本例采用等效参数模拟方法进行支护模拟.图10 位移分布比较图图11 第一主应力分布比较图5.2 支护效果分析依据5.1节所探究的锚杆模拟方法，采用等效参数模拟方法对本例的支护系统进行相关模拟，综合混凝土初衬及锚杆作用进行支护效果分析.同时，在探究支护效果的过程中，进行了只施加混凝土初衬与锚杆和初衬相结合的比对.洞室开挖扰动后，围岩体在断层与隧洞交汇的特殊部位出现了异常的应力集中现象，所以在此交汇区段采用提高支护水平的方法即采取锚杆（等效参数法）结合混凝土初衬方案进行支护，通过分析来探究支护效果对围岩稳定性的影响.5.2.1 应力分析1）施加支护后围岩体部分完全处于受压状态，而未加支护时，在断层与隧洞交汇处是有部分受拉区的，说明支护系统可以帮助围岩分担部分载荷.2）通过在局部区域（易破坏区）施加锚杆改善混凝土初衬整体的受力情况，效果明显，对比观察单纯施加混凝土初衬与加上锚杆两种情况的第一主应力图（如图12所示）可知，衬砌顶部和底部拉应力区的应力最大值由1.2MPa减少到0.86MPa.模拟锚杆加固区顶部和底部均承受了部分拉应力起到了锚杆的等效作用，降低了衬砌承受的拉应力.图12 Z＝56m截面第一主应力分布比较图5.2.2 位移分析施加混凝土初衬后位移场规律基本不变，只是量值上有所差别，最大位移由3mm 降到了1.9mm，而且位移的最大值点也不在断层与隧洞交汇区附近，实际位移减少比例更大，这说明衬砌很好地限制了围岩体的位移，竖向位移的分布规律也是一致的.施加锚杆后，断层附近区域位移更小了，锚固作用效果明显.5.2.3 塑性区分析对比施加支护措施前后的塑性区分布图可知，施加支护后模型在断层与隧洞交汇处已无塑性区，如图13所示，说明支护有效地限制了交汇区段的塑性区发展.图13 支护前后塑性区分布比较图6 结语通过模拟有断层贯穿的地下隧洞的开挖与支护，进行了围岩稳定性的相关分析，得出以下几点结论：1）在考虑自重是初始应力场的主要成因前提下，对于地表起伏的情况，采用初始应力提取法最为有效和可行.2）断层与隧洞相交处的围岩体位移为控制位移，主要原因是断层面与临空面将岩体切割成楔形体等易破坏形态，同时也破坏了原岩的整体性和连续性.3）对于复杂的单元形状，在不方便模拟锚杆单元时，采用等效参数模拟方法缩减了建模的过程，提高了效率；支护措施有效地改善了断层与隧洞交汇处的应力集中现象.参考文献：［1］邓声君，陆晓敏，黄晓阳.地下洞室围岩稳定性分析方法简述［J］.地质与勘探，2013，49（3）：541-547.［2］阮彦晟.断层附近应力分布的异常和对地下工程围岩稳定的影响［D］.济南：山东大学，2008.［3］崔芳，高永涛，吴顺川.断层影响下隧道围岩稳定性的数值分析［J］.公路，2011（9）：242-245.［4］吴满路，廖椿庭.大茅隧道地应力测量及围岩体稳定性研究［J］.地质力学学报，2000，6（2）：71-76.［5］代汝林，李忠芳，王姣.基于ABAQUS的初始地应力平衡方法研究［J］.重庆工商大学学报：自然科学版，2012，29（9）：76-81.［6］晁建伟，余同勇，韦四江.回采巷道过断层顶板破坏特征研究［J］.矿业安全与环保，2009，36（2）：13-15＋92.［7］付存仓，温森.断层对巷道附近塑性区的影响［J］.采矿技术，2006，6（2）：31-32.［8］刘学.采用ABAQUS的隧道稳定性分析［J］.山西建筑，2009，35（9）：312-313.［9］冯夏庭，张传庆，李邵军，等.深埋硬岩隧洞动态设计方法［M］.北京：科学出版社，2013：354-356.。
基于ABAQUS的某土石坝坝坡稳定性分析
1引言土石坝稳定性分析常用的方法主要是极限平衡法和有限元法。
极限平衡法以毕肖普法、摩根斯顿-普赖斯法、Spencer法、Sarma法、楔形体法等[1-4]为代表，有限元法以强度折减法[5]为代表。
随着土地本构模型（摩尔库仑模型、邓肯张模型、Drucker-Prager模型等）理论应用成熟和有限元软件开发应用，强度折减法越来越多地应用到工程实际，为工程设计提供印证，如边坡、坝坡、隧道、基坑等有限元分析，并趋于成熟。
近年来，国内学者对强度折减法的应用开展了大量工作：李小春[6]采用强度折减法对边坡的多滑面进行了模拟，认为该方法得到的多级滑动面与现场监测数据吻合较好。
王曼等[7]采用ABAQUS软件的强度折减法分析了边坡的稳定性，确认其计算结果的合理性。
王作伟等人[8]采用强度折减方法计算了边坡的极限上限，对比验证强度折减法与传统极限平衡法具有良好的适应性。
雷艳等[9]采用强度折减法对土石坝坝坡进行稳定分析，得出的安全系数与塑型区域可为工程提供借鉴。
以上研究均取得了较好的研究成果，表明强度折减法用于工程实际分析边坡、坝坡稳定性是可行合理的。
故本文基于以上研究，采用ABAQUS软件结合强度折减法对某均质土石坝进行稳定性分析计算，并从水利工程建设管理的角度，浅析建设管理对工程质量的控制。
2强度折减法所谓强度折减法是指给一强度折减系数F r[10]，采用公式（1）和（2）将土体抗剪强度指标进行降低，导致土体逐渐失稳，土体单元发生塑性变形，当临界失稳时，折减系数就是边坡对应的安全系数。
具体公式如下所示：c m=c/F r（1）φm=arctan（tanφ/F r）（2）式中，c和φ为土体的抗剪强度指标（粘聚力和内摩擦角）；c m和φm是折减后的抗剪强度；F r是强度折减系数。
强度折减法精髓在于降低土地的抗剪强度指标，使土地单元应力不能配套而失稳。
3土石坝稳定性分析某均质土石坝，最大坝高100m，正常蓄水位在坝高90m处，坝顶宽8m，上下游坡比为1∶3√，坝体材料密度为2200kg/m3，强度参数如表1所示。
abaqus在隧道及地下工程中的应用
abaqus在隧道及地下工程中的应用
隧道和地下工程是现代建筑中重要的一部分，而abaqus作为一
个强大的有限元分析软件，可以在这些工程中提供有力的支持和帮助。
abaqus可以模拟隧道和地下结构的不同工况下的应力、变形和损伤
等方面的特性，为工程师提供准确的预测和优化方案。
abaqus在隧
道和地下工程中的应用广泛，涉及地下隧道、地铁车站、水利工程、地下储气库、地下核设施等领域。
本文将介绍abaqus在隧道和地下
工程中的应用，包括模拟隧道开挖过程中的土体变形和应力分布、分析地铁车站结构的稳定性和疲劳性能、模拟地下储气库的地震响应等方面。
这些案例研究展示了abaqus在隧道和地下工程中的强大功能
和广泛应用，为隧道和地下工程的设计和施工提供了重要的技术支持和保障。
- 1 -。
abaqus、flac3d 对不同工况隧道开挖的分析过程-岩土工程数值方法
目录1 工程概况 (2)2 模拟要求 (2)2.1 工况要求 (2)2.2 成果要求 (2)3 工况1(abaqus) (2)3.1 数值模拟介绍 (2)3.2 模拟分析 (3)3.2.1 模型建立 (3)3.2.2 材料赋予 (3)3.2.3 分析步设置 (4)3.2.4 建立相互作用 (5)3.2.5 施加荷载和边界条件 (5)3.2.5.2 施加荷载 (6)3.2.6 网格划分 (7)3.2.7 模型求解 (8)4 工况二(abaqus) (13)4.1 位移分析 (13)4.2 应力分析 (14)4.3 两种工况塑性区分析 (15)5 Flac3D-6.0 模拟分析(工况一) (16)5.1 Flac3d 简介 (16)5.2 建模 (16)5.3 位移分析 (17)5.4 应力分析 (18)6 总结与感想 (19)附件(flac3d 命令代码) (20)参考文献............................................................................................................................... 错误!未定义书签。
1 工程概况某建设工程，地下岩石隧道洞顶位于地表面下9m，洞跨16m，洞的直墙高6m，洞拱为圆弧，拱矢高6m。
据工程勘察报告，场地围岩等级为IV级。
隧道上方偏离洞中轴线6.50m 的地面拟建一建筑物（40层），建筑物荷载简化为均匀分布于15m范围内，每层荷载考虑为20kPa，直接作用于地表。
2 模拟要求2.1 工况要求工况一：先有地面建筑，后修隧道。
模拟可以参考以下步骤进行：第一步：模拟初始地应力场、位移场；第二步：修建地面建筑，施加建筑物荷载；第三步：模拟开挖地下隧道（可全断面开挖，也可分部开挖），也可考虑衬砌支护（厚30cm 的C30混凝土衬砌）。
工况二：先有隧道，后修地面建筑。
abaqus在岩土工程中的应用 案例文件
abaqus在岩土工程中的应用案例文件abaqus是一款常用的有限元分析软件，广泛应用于岩土工程中。
下面列举了岩土工程中abaqus的应用案例，包括地基工程、边坡稳定性分析、挡土墙设计等方面。
1. 地基工程地基工程是岩土工程的核心内容之一，abaqus可以用于地基的承载力和沉降分析。
通过建立地基模型，考虑不同荷载情况下的土体性质，可以计算地基的承载力和变形情况，进而指导实际工程设计。
例如，可以通过abaqus模拟地基基坑开挖对周围土体的影响，预测地基下沉的情况，为地下结构的设计提供依据。
2. 边坡稳定性分析边坡稳定性是岩土工程中的重要问题，abaqus可以用于边坡的稳定性分析。
通过建立边坡模型，考虑不同荷载、土体参数和边坡几何形状等因素，可以计算边坡的稳定性指标（如安全系数）和发生滑移的位置。
例如，可以通过abaqus模拟陡坡下雨后的渗流和剪切破坏，评估边坡稳定性，并提出相应的加固措施。
3. 挡土墙设计挡土墙是岩土工程中常见的结构，abaqus可以用于挡土墙的设计和分析。
通过建立挡土墙模型，考虑土体参数、结构形式和荷载情况等因素，可以计算挡土墙的稳定性和变形情况，指导挡土墙结构的设计。
例如，可以通过abaqus模拟挡土墙的荷载响应和土体变形，评估挡土墙的稳定性，并确定合适的尺寸和材料。
4. 地铁隧道分析地铁隧道是岩土工程中的典型工程，abaqus可以用于地铁隧道的分析。
通过建立隧道模型，考虑地下水、土体参数和开挖方式等因素，可以计算隧道的稳定性和变形情况，指导隧道的设计和施工。
例如，可以通过abaqus模拟隧道开挖对周围土体的影响，评估隧道的稳定性和地表沉降情况，并提出相应的支护措施。
5. 岩石力学分析岩石力学是岩土工程中的重要分支，abaqus可以用于岩石的力学分析。
通过建立岩石模型，考虑岩石的本构关系和荷载情况，可以计算岩石的应力分布、变形情况和破坏机制，指导岩石工程的设计和施工。
例如，可以通过abaqus模拟岩石的加载过程和破坏模式，评估岩石的强度和变形特性，为岩石工程提供依据。
拱肩裂纹对隧道稳定性影响的数值分析与试验研究_李元鑫
图 7 θ=180°隧道模型应力云图 Fig．7 Contour of the stress in a tunnel model with θ=180°
现代隧道技术
MODERN TU NNELLING TECHNOLOGY
拱肩裂纹对隧道稳定性影响的数值分析与试验研究
文 章 编 号 ：1009-6582（2014）05-0114-07
DOI: 10.13807/ki.mtt.2014.05.017
拱肩裂纹对隧道稳定性影响的数值分析与试验研究
李元鑫 朱哲明
2 基于 Abaqus 的数值模拟结果
为了研究如图 1 所示隧道拱肩裂纹与侧壁的角 度对隧道稳定性的影响，本文以 Abaqus 为基础进行 了模拟计算。
图 1 隧道周边的裂纹 Fig.1 Cracks around the tunnel
数值模拟以直墙拱形隧道为研究对象， 将隧道 简化为连续均匀介质模型， 三维建模， 试样尺寸为 350 mm×350 mm×100 mm，隧 道 高 60 mm， 宽 50 mm， 隧道拱为半径 25 mm 的半圆； 裂纹为贯穿裂
2.1 屈雷斯加（Tresca ）屈服准则
当受力物体（质点）中的最大切应状
态时，其最大切应力是一不变的定值，该定值只取决
于材料在变形条件下的性质，而与应力状态无关，所
以又称最大切应力不变条件。 屈雷斯加屈服准则的
数学表达式为：
τmax
=
σs 2
114 第 51 卷第 5 期(总第 358 期) 2014 年 10 月出版 Vol . 51 ， No . 5 ， Total . No . 358 Oct . 2014
采用台阶开挖法的隧道稳定性数值模拟分析
2020年第2期
桥梁隧道旋工安全
采用台阶开挖法的隧道稳定性数值模拟分析
李晟
（重庆交通大学土木工程学院，重庆400074）
【摘 要】文章结合某公路隧道，采用数值方法模拟台阶开挖法的施工过程。结论表明：（1）采 用三台阶七步开挖法，沉降和变形量较小，稳定性高。（2）开挖后要紧跟支护结构，利用支护结构承 受很大部分的围岩压力，为二衬的施作和发挥作用提供时机。（3）现场实测应多关注拱顶、拱脚等 位移变化大的位置。（4）现场实测和数值模拟结合比其中单一的一种更加可靠。
【关键词】ABAQUS 数值模拟 三台阶七步开挖 稳定性
【中图分类号】U455.4
【文献标志码】A
0.引言
公路隧道开挖过程中，围岩受到多次扰动，其 应力会发生释放最终达到重分布，而掌子面的稳定 直接关系到隧道的整体稳定性3〕。现场布设监测 元件进行监测，能够及时预测隧道施工中的险情， 及时通知施工单位采取有效措施进行防护，保证隧 道施工的安全和隧道的稳定性；积累第一手数据， 但投入成本较大，周期较长。而利用有限元软件不 仅可以模拟施工过程，还能够分析开挖过程的应力 和位移的变化情况以及影响范围。隧道断面面积超
洞身长度为10 m,取5 m为一个开挖进尺。本 文采用三台阶七步开挖的方法,具体过程如图2所 示。其施工过程为：第1步是先开挖上部弧形的导
consTRucnon safety
坑；第2、3步进行左和右侧台阶开挖；第4、5步继
续开外左、右侧台阶；第6步进行开挖上中下台阶 预留核心土；第7步进行隧底开挖。完成第一个循 环进尺后，进行施作钢拱，锚杆，衬砌等支护结构。
第二个开挖进尺按上述的步骤进行。
1.2计算参数 根据现场力学实验结果，模拟隧道开挖和支护
ABAQUS在浅埋大断面隧道围岩稳定性分析中的应用
ABAQUS在浅埋大断面隧道围岩稳定性分析中的应用摘要：在隧道掘进过程中，围岩的稳定性与否直接影响施工安全与进度，尤其是浅埋大断面隧道。
本文以万象至万荣高速公路老中友谊隧道为例，应用ABAQUS 根据隧道围岩地质情况及勘察设计资料，确定了岩体材料与初期支护构件的本构模型，建立了隧道开挖支护后模型，基于杨氏衰减法模拟围岩及支护结构在后续施工期间的应力分布及支护变化位移情况，通过与开挖支护后现场监控量测实测数据曲线图对比，验证了ABAQUS仿真模型在隧道围岩稳定性分析中的有效性。
关键字：浅埋大断面隧道；围岩稳定性；ABAQUS模型；监控量测0 引言隧道工程属于隐蔽施工,常常面临非常复杂的地质环境,隧道开挖支护后应及时做好监测，保障隧道施工安全。
李新志等[5]为研究隧道地表沉降变化特征，应用三维连续介质快速拉格朗日元模拟隧道的施工过程，所得结果与现场监测具有较好的拟合性；周丁恒等[7]研究表明采用不同施工工序，对支护体系力学结构影响较大，合理的施工工序是支护体系稳定性的关键。
本文针对老中友谊双向四车道隧道围岩开挖支护后稳定性问题，运用ABAQUS对隧道开挖支护后围岩应力场变化进行数值模拟，进而优化隧道开挖后支护参数，结合现场监控量测，通过模拟信息与实测量测曲线进行对比分析，对隧道围岩稳定性进行安全综合性评估。
1 工程概况本文万象至万荣高速公路老中友谊隧道，隧道建筑限界净宽：0.75+0.5+2×3.75+0.75+0.75=10.25m；净高：5.0m。
选取的模拟分析地段隧道围岩主要为碎石状结构，软弱夹层发育，夹粉质粘土；地下水类型主要为基岩裂隙水，岩体破碎，围岩完整性差，围岩自稳能力弱，开挖前应做好超前支护，若支护不及时或强度不足，易产生塌方。
2 ABAQUS隧道模型的建立2.1 岩体材料与支护材料的本构模型ABAQUS数值模拟软件基于其强大的非线性求解功能，被广大用户逐渐推崇通用有限元软件。
隧道工程与ABAQUS 分析
第1章隧道工程与ABAQUS 分析知识要点：;隧道的基本概念和工程概述;隧道的种类及其作用;隧道及地下工程的有限元分析;ABAQUS基础知识简介;本章小结本章导读：本章首先介绍隧道及地下工程的相关基本概念和隧道的种类及其作用，接下来介绍隧道及地下工程的有限元分析特点，并进一步介绍ABAQUS有限元分析方法在隧道及地下工程中的应用及注意事项。
最后重点阐述ABAQUS的相关基础知识及ABAQUS的导入导出功能。
1.1、隧道的基本概念及工程概述地下工程：在山体内或地面下修建的建筑物。
下面简要介绍隧道中常用的术语：隧道：以保持地下空间作为运输孔道的地下工程。
导坑：在地下开挖出一个洞穴并延伸成为一个长形的孔道。
衬砌：在坑道的周围修建的用于支撑洞室稳定的支护结构。
衬砌的内轮廓应能满足使用上的要求，同时也无需无谓的放大。
衬砌的形状和尺寸，应能使结构受力状态最为合理，既不浪费又能稳固。
通常以圆形、椭圆形、马蹄形和卵形为多。
衬砌的用料应适合施工和养护的要求。
通常用坚固、耐久、少腐蚀、能防水、防火、价廉、便于就地取材的材料。
洞门：在隧道端部外露面修建的为保护洞口和排放流水的挡土墙式结构。
明洞：在洞门与洞身间用明挖法修筑的隧道。
洞身衬砌、洞门和明洞就组成了隧道的主体支护结构，作用是保持岩体的稳定和行车安全。
见图1-1。
为了保证隧道的正常使用，还需设置一些附属建筑物。
隧道的附属建筑物是为了运营管理、维修养护、给水排水、供蓄发电、通风、照明、通图1-1 明洞示意图讯、安全等而修建的建筑物，包括有：为工作人员在隧道进行维修或检查时，能及时避让驶来的列车而在隧道两侧开辟的大小避车洞；为了保证隧道洞口的稳定与安全而修建的边仰坡；为了引导洞口边仰坡地表水流而修建的排水天沟；为了排除隧道内渗入的地下水，保证列车正常运行而设置的防水设备及排水设备；为了净化隧道内机车所排出的烟尘和有害气体而设置的通风系统；电力及通讯设施；消防设施等。
基于ABAQUS的边坡稳定性分析
基于ABAQUS的边坡稳定性分析刘一鸣;崔丽娅【摘要】High slop has a large proportion in mountain highway construction. The success of subgrade slope stability control is not only a key factor in the success of mountain highway construction, but also an important part of project safety and lower costs. By establishing ABAQUS three -dimensional numerical simulation model, and using strength reduction method to reduce the strength parameters of slope, this paper derived the law of deformation of the slope in the near destruction, and evaluated the effect of reinforcement.%高边坡在山区公路建设中所占的比例很大,路基边坡稳定性控制成功与否既是山区公路建设成败的关键因素,也是工程安全和降低费用的重要环节。
文章通过建立ABAQUS三维数值仿真模型,运用强度折减法对边坡的强度参数进行折减,得出边坡在临近破坏时的变形规律,并评价其加固效果。
【期刊名称】《内蒙古公路与运输》【年(卷),期】2012(000)002【总页数】3页(P1-3)【关键词】强度折减;边坡稳定性;加固【作者】刘一鸣;崔丽娅【作者单位】唐山市交通运输局,河北唐山063000;唐山天昱市政工程有限公司【正文语种】中文【中图分类】U416.141 研究目的和意义随着我国路网建设的不断完善，公路建设的重点正在逐步转移到丘陵地区和山区，而在这些地形崎岖的地段修建道路难免会出现高填深挖路基现象，随之而来的边坡稳定性问题也引起了人们的普遍关注，特别是高路堑边坡的治理，其成败直接影响工程的投资经费、安全运营和人身财产安全。
采用ABAQUS的隧道稳定性分析
文章编号:100926825(2009)0920312202采用ABAQUS 的隧道稳定性分析收稿日期:2008211213作者简介:刘 学(19702),男,工程师,中铁十九局集团第四工程有限公司,辽宁辽阳 111000刘 学摘 要:结合某隧道的工程地质特点,采用ABAQUS 对隧道开挖过程进行了数值模拟,分析表明:采用双侧壁导坑法,由于开挖步之间的相互影响,围岩的应力和变形都比较大,因此支护应紧跟,得出了数值模拟成果与现场监测结果规律基本一致的结论。
关键词:ABAQUS,稳定性,数值模拟,双侧壁导坑法,超前支护中图分类号:U451文献标识码:A随着我国大规模建设的展开,高速公路建设发展迅速。
为了避开各种病害,改善运营条件,在穿越山区时,高速公路也常采用隧道方案。
一般隧道施工工序多,难度大,地质、形状和受力条件复杂,一般很难得到理论解析解。
有限元法自20世纪50年代发展至今,已成为解决复杂岩土力学问题的有力工具,用来解决许多难以用解析法求解的力学问题。
大型有限元程序ABAQUS 完全可以模拟隧道动态开挖的全过程,并与目前已施工监测得到的数据进行分析对比,根据分析结果,提出相应的措施和建议。
1 工程概况该隧道穿过低山丘陵地貌区,隧道线路经过的最大高程约为407m,隧址地面标高51.28m ~407.00m,最大相对高差约355.72m 。
隧道设计为单洞双线,全长2.4km,围岩级别为Ó级~Õ级。
其中Õ级段区域地质构造、断裂构造发育,施工过程中极易出现突水和洞室失稳现象,该区段确定为本隧道的施工难点。
本文通过大型有限元软件ABAQUS 对这一区段的开挖进行模拟,揭示该区段内围岩的变形机理,以优化支护参数,保证施工安全进行。
本段隧道为上下行分离的双向六车道高速公路隧道,建筑限界净宽14.5m,净高5m;建筑内轮廓宽15.18m,全高7.92m,围岩级别为Õ级。
基于ABAQUS的弹性应变能结构稳定性分析
242020.3科技论坛基于ABAQUS的弹性应变能结构稳定性分析吴明白 李春保 高劲松 裴素祥（宿迁市水务勘测设计研究有限公司 宿迁 223800）【摘 要】本文根据混凝土设计规范，从能量的角度出发，基于混凝土损伤本构模型，推出单轴受压混凝土的能量计算公式，提出基于弹性应变能的结构稳定性分析方法，用弹性应变能来分析软化材料的结构失稳。
并采用ABAQUS软件基于CDP模型对其进行数值模拟，通过理论解与数值模拟解的对比，验证结果的正确性。
【关键词】地下工程 弹性应变能 结构稳定性 有限元数值模拟1 选题背景和研究意义地下工程是一种地下人工建筑物，在修建铁路和公路时，尤其是遇到山体，可采用隧洞来克服复杂地形障碍，使线路缩短，避免了不良地质条件对线路的不利影响，极大地减少了经济损失、时间损失，有效地提高了线路标准[1]。
由热力学定律知，物质破坏是在能量驱动下的一种状态失稳[2]。
因此，研究并建立受力过程中的能量变化规律，以及与构筑物所能承受的极限荷载的关系，并依托计算机技术分析结构稳定性。
对于复杂条件下的地下工程失稳问题将导致建立的能量表达式有一定难度，本文在混凝土研究的基础上，计算出能量的表达式，及参考混凝土损伤本构模型来计算软化条件下系统的能量表达式，并采用ABAQUS有限元软件进行数值模拟，通过与理论计算公式所得能量比较，验证理论解的正确性，同时为未来在地下工程中用能量分析稳定性提供理论依据。
2 基于弹性应变能的结构稳定性分析2.1软化材料的结构失稳判据图1为混凝土循环加卸载的应力应变关系曲线，假定加卸载曲线一致，经研究发现：对于软化材料若卸载弹模与线弹性弹模平行，则弹性应变能最大值点即为极限荷载点；若卸载弹模与线弹性不平行，则可由损伤力学分析，根据混凝土损伤本构模型，通过损伤参数d c来控制混凝土的损伤量，假设混凝土在某一应力点时卸载至零应力点，卸荷至零应力点的残余应变为εz，则卸荷过程中弹性模量可通过表达式进行计算，随着应变的增加，混凝土未发生屈服时弹性模量不变，屈服后随应变过表达式变的增加先一直增加，达到最大值后又减小。
应用ABAQUS程序进行渗流作用下边坡稳定分析
第29卷增1岩石力学与工程学报V ol.29 Supp.1 2010年5月Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering May，2010 应用ABAQUS程序进行渗流作用下边坡稳定分析张晓咏，戴自航(福州大学岩土工程研究所，福建福州 350108)摘要：为进行渗流作用下的边坡稳定性分析，需考虑渗流场与应力场之间的相互耦合作用。
ABAQUS有限元程序具有良好的渗流和变形耦合分析功能，能将渗流场和应力场直接进行耦合，故采用ABAQUS有限元程序结合强度折减技术进行稳定渗流作用下边坡稳定分析，得到边坡整体稳定安全系数，且利用该程序强大的后处理功能，可揭示坡体内渗流浸润面和最危险滑动面的形状和位置，为验证该方法的可靠性，与基于传统极限平衡理论的瑞典条分法和简化的Bishop法进行对比分析。
实例计算结果表明，基于ABAQUS的有限元强度折减法克服传统极限平衡法的缺点，计算结果更为合理可靠，是进行渗流作用下边坡稳定这一复杂问题分析的有效方法，可为工程实践提供参考依据。
同时，就土体渗透性强弱对渗流浸润面位置及边坡稳定性的影响进行大量的分析和比较，并通过计算表明有限元模型边界的选取对渗流浸润面位置及边坡稳定性都会产生影响，因此有限元建模应合理地选取计算边界。
关键词：边坡工程；有限元；渗流；变形；耦合分析；边坡稳定；强度折减技术中图分类号：P 642 文献标识码：A 文章编号：1000–6915(2010)增1–2927–08 ANALYSIS OF SLOPE STABILITY UNDER SEEPAGE BY USINGABAQUS PROGRAMZHANG Xiaoyong，DAI Zihang(Institute of Geotechnical Engineering，Fuzhou University，Fuzhou，Fujian350108，China)Abstract：In order to analyze the slope stability under seepage，the coupling effect of seepage field and stress field needs to be considered. The ABAQUS finite element program has good coupling analysis function of deformation and seepage，and the seepage field can be coupled with the stress field directly. So the ABAQUS finite element program which is combined with strength reduction technique was used to analyze the slope stability under seepage，and the safety factors of slope stability were obtained. The shapes and positions of seepage of saturated surfaces and the most dangerous slip surfaces could be revealed by using the strong post processing functions of ABAQUS program. To verify the accuracy of this method，it was compared with the Sweden slice method and simplified Bishop method that both were based on the traditional limit equilibrium theory. The engineering example showed that the strength reduction FEM based on the software ABAQUS could overcome the disadvantages of the traditional limit equilibrium methods，and its results were more reasonable and reliable. This method was effective to analyze the complicated problem of slope stability under seepage，and the conclusions could provide references to the engineering practice. Meanwhile，the influences of the permeability of soil on the positions of seepage of saturated surfaces and slope stability were made a mass of analysis and comparison，and the收稿日期：2009–01–05；修回日期：2009–06–09基金项目：国家自然科学基金资助项目(50678038)；福建省高等学校新世纪优秀人才支持计划项目(TM2006–30)作者简介：张晓咏(1982–)，男，2005年毕业于福州大学土木工程学院土木工程专业，现为博士研究生，主要从事边坡稳定分析、滑坡治理等岩土工程方面的研究工作。
不同宽度岩柱双线隧洞围岩稳定性的有限元分析
不同宽度岩柱双线隧洞围岩稳定性的有限元分析发布时间：2022-01-10T01:14:36.082Z 来源：《工程建设标准化》2021年11月21期作者：陈林涛[导读] 为有效分析双线隧洞间岩柱宽度对围岩稳定性的影响，以开阳县开州湖特大桥开阳岸隧道锚隧洞为工程背景，采用Abaqus有限元软件建立计算模型，陈林涛湖南省高速公路集团有限公司摘要：为有效分析双线隧洞间岩柱宽度对围岩稳定性的影响，以开阳县开州湖特大桥开阳岸隧道锚隧洞为工程背景，采用Abaqus有限元软件建立计算模型，分析留设1~23m宽度岩柱条件下的隧洞围岩应力、位移及塑性区的变化规律。
研究结果表明：随着岩柱变宽，岩柱应力集中区逐渐形成，峰值应力逐步增大而后基本不变；岩柱在17m以下时，岩柱塑性贯通严重，双线隧洞小岩柱帮部变形量较难控制，岩柱整体稳定性较差；岩柱宽在17~21m时，岩柱塑性贯通面积快速降低，稳定性不断增强；岩柱宽度大于21m以后，围岩应力峰值基本不变，岩柱塑性区面积占比逐步减小，稳定性趋于增强。
因此，得出岩柱合理的宽度应大于21m。
关键词：双线隧道；岩柱宽度；Abaqus；围岩稳定性 Finite element analysis on the stability of double track tunnel surrounding rock with different rock pillar width 英文姓名( 英文单位英文省市邮编，China)Abstract: In order to effectively analyze the influence of the rock column’s width on on the stability of surrounding rock in double track tunnels, taking the anchor tunnel of Kaizhouhu super large bridge in Kaiyang County as the engineering background, ABAQUS finite element software is used to establish the calculation model to analyze the variation law of stress, displacement and plastic zone of surrounding rock under the condition of 1 ~ 23m width of rock column. The results show that: with the widening of the rock column, the stress concentration area in the rock column gradually forms, and the peak stress gradually increases and then basically remains unchanged; when the rock column is less than 17m, the plastic penetration of the rock column is serious, the deformation of the small rock column side of the double track tunnel is difficult to control, and the overall stability of the rock column is poor; when the width of the rock column is 17 ~ 21m, the plastic penetration area of the rock column decreases rapidly, and the stability increases; when the width of the rock column is less than 17m, the plastic penetration area of the rock column decreases rapidly, and when the width is greater than 21m, the peak stress of surrounding rock is basically unchanged, the proportion of plastic zone area of rock column gradually decreases, and the stability tends to be enhanced. Therefore, the reasonable width of rock column should be greater than 21m. Key words: double track tunnel; rock pillar width; ABAQUS; stability of surrounding rock 1 引言地下岩土工程中经常会遇到双线隧洞开挖的问题[1]，隧洞间岩柱的宽度是影响隧洞围岩稳定性的重要因素之一。
ABAQUS在岩土工程中的应用
ABAQUS在岩土工程中的应用ABAQUS是一款功能强大的工程仿真软件，广泛应用于各种领域，包括岩土工程。
在岩土工程中，ABAQUS可以帮助工程师模拟复杂的物理现象，如沉降、位移、应力等，为工程设计和优化提供强有力的支持。
岩土工程涉及到许多关键问题，如沉降、位移和应力等。
这些问题是岩土工程设计的核心，也是工程师们的重点。
借助ABAQUS软件，我们可以对这些复杂的问题进行有效的模拟和分析。
在ABAQUS中，对岩土工程问题进行模拟分析的流程大致可以分为以下步骤：模型建立：首先需要建立反映实际工程问题的三维模型。
ABAQUS提供了强大的建模功能，允许用户根据需要创建复杂的几何形状。
材料设置：在模型建立完成后，需要定义材料的属性，如弹性模量、泊松比、密度等。
ABAQUS提供了多种材料模型，可以根据实际情况选择合适的模型。
边界条件：定义模型的边界条件，如固定边界、自由边界等。
这些边界条件对于模拟结果的准确性至关重要。
网格划分：对模型进行离散化，将其划分为一系列小的单元，以便进行数值计算。
ABAQUS提供了多种网格划分方式，可以根据实际问题进行选择。
求解设置：设置求解器和求解参数，如迭代次数、收敛准则等。
求解过程：运行求解器，得出模型的位移、应力等结果。
结果后处理：对求解结果进行可视化处理，如生成云图、动画等，以便进行深入分析和优化。
以一个实际的应用实例来说明ABAQUS在岩土工程中的应用。
某桥梁基础设计面临着复杂的土壤环境，为了确保桥梁的安全性和稳定性，我们需要对土壤进行详细的模拟和分析。
我们使用ABAQUS建立桥梁和土壤的三维模型，并定义材料的属性。
然后，我们根据实际工程情况设置边界条件，如固定桥梁的底部和侧向边界，施加桥梁的重量等。
接着，我们对模型进行网格划分，并设置求解器和求解参数。
在求解过程中，ABAQUS通过迭代计算得出位移和应力的分布情况。
我们进行结果后处理，将位移和应力云图进行可视化，以便于工程师们进行深入的分析和优化设计。
隧道开挖的数值分析
隧道开挖的数值分析摘要：随着城市范围的日益扩大，地铁使用盾构进行隧道开挖的工程数量日渐增多。
隧道开挖与支护工程是一个多步骤加载、卸载的复杂过程。
用有限元方法来模拟这个隧道开挖以及衬砌支护过程，计算得到最后的地表变形，隧道开挖面的应力变形以及衬砌本身的受力特点及变形。
本文采用有限元程序ABAQUS来进行数值分析。
在有限元值模拟过程中土体的本构模型采取无剪胀的摩尔-库仑模型；用初始应力提取法来完成初始地应力平衡；将开挖土体的模量衰减来模拟土体的在衬砌完成前的部分应力释放。
计算结果表明地表沉降(Y向)变形最大值出现在隧道中心线位置，地表变形(X向)的峰值出现在隧道侧边区域内。
其次，衬砌的支撑作用十分明显，与无衬砌的情况相比地表变形减少了25%~40%，同时开挖面的应力和变形也相应减小。
最后，衬砌本身表现为弯曲变形的特点，其应力最大值出现在隧道侧边最外侧边缘处。
关键词：有限元数值分析；隧道开挖；衬砌；地表变形；ABAQUS0 引言随着我国经济的快速增长，为了满足现代生活的便捷，舒适，高效的要求，城市的基础设施的建设就变得更加重要。
随着城市的地域的扩大，城市人口增多，各地区功能性的强化及人们日常的活动区域的不断扩大，地面道路交通越来越难以满足人们日常出行的要求。
继北京、上海等特大城市修建了多条地铁之后，越来越多的中大型城市如广州、杭州等开始修建地铁线路，以缓解城市的地面交通压力。
隧道开挖工程数量的剧增，加之现场一般位于城市繁华区，存在较为密集的建筑群。
所以更迫切的需要相应的理论研究能指导现场的施工，解决现场出现的各种问题，同时减小对地面原有的建筑造成不良的影响。
因土体材料本身为非均质材料，而且因地区不同，土体材料的性质也各不相同；同时开挖过程又是一个极复杂的卸载、加载的多步骤过程，所以隧道开挖问题很难有精确的理论方法。
随着近年来计算机技术发展、有限元方法的不断完善，数值分析方法被认为是一种求解工程中所遇到的各种复杂问题的最有效方法之一[1,2]。
基于某ABAQUS地无渗流偏压隧道开挖分析报告(包含地应力平衡分析报告)
基于ABAQUS的无渗流偏压隧道开挖分析（包含地应力平衡分析）1 隧道建模及地应力平衡1.1 工程概况本模型截取的一段隧道通过山体坡度30°左右一侧，隧道开挖及初衬断面为五心圆各项参数如表2.1所示。
隧道跨度13.36m，高11.71m，偏压部分覆盖层厚度约为20m。
隧道区地下水主要为第四系松散层孔隙水和基岩裂隙水，垂直隧道中轴线向东120米勘察孔水位为65米，向西120米勘察孔水位为10米。
施工过程中隧道单位正常涌水量3.43m3/d，中等富水。
具体围岩初衬参数将在后文建模时给出。
表2.1 隧道断面参数(单位：cm)r[1]R[1]r[4]R[4]h[1]h[2]h[3]a b h H B1.2 隧道建模及偏压判定结合隧道工程勘察报告和规范取围岩和初衬参数值如表2.2所示，隧道初衬厚度为30cm。
表2.2 围岩和初衬参数取值弹性模量/GPa泊松比密度/Kg/m3内摩擦角/°内聚力/MPaV级围岩 1.80.382200250.3初衬250.22400//文献指出，取模型边界为隧道开挖直径8倍时，其地震和静力计算对隧道的影响可以忽略不计。
本模型取隧道开挖直径的10倍，力求将边界影响降低到最小，同时兼顾计算工作量。
建模时先简化山体坡脚30°一侧为一顶角120°的圆锥，按照隧道实际位置确定隧道后，在山体上切下符合隧道开挖直径10倍的计算模型（如图2.2），这样会使模型上表面近似山体的曲面，较符合实际地形条件，模型自前向后偏压角度略有减小。
与直接将上表面简化为平面的模型相比，其计算结果和实际工程的符合性有较大提升，对隧道内部应力的分布也反映的更为准确。
本章将对无渗流条件下的静力偏压情况进行模拟，以便和后文中渗流作用下偏压隧道的应力场变化进行比较。
模型上隧道圈线和穿越隧道的斜线是为方便后续渗流计算所做分割面，不影响计算。
图2.2 模型切取示意图模型尺寸如上文所述，首先不考虑渗流场，仅考虑重力作用。
ABAQUS在隧道中的运用_施工工法优化资料精
第3章 ABAQUS 在隧道中的应用—施工工法优化知识要点：; 隧道施工工法概述; 新奥法的施工特点及开挖方法; ABAQUS 的模拟方法; 隧道施工工法优化研究; 本章小结本章导读：本章主要研究ABAQUS 在隧道开挖过程中施工工法优化方面的数值模拟。
首先介绍一般隧道的施工工法，然后针对目前常用的新奥法的施工特点和开挖方法进行了介绍，采用ABAQUS 在隧道施工开挖方面的数值模拟功能，对小间距隧道在不同围岩类别情形下的各种施工工法逐一进行了优化分析研究，并得到相关结论。
3.1 概述概括地说，隧道施工具有隐蔽性大、作业的循环性强、作业空间有限、作业综合性、施工动态性、作业环境恶劣、作业的风险性大、气候影响小等特点，因此，各种施工技术必须考虑这些特性，才能够发挥其作用。
根据隧道穿越地层的不同情况和目前隧道施工方法的发展，隧道施工方法可按以下方式分类：⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎩⎨⎧⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧⎪⎩⎪⎨⎧⎩⎨⎧盾构法沉管法水底隧道施工方法盾构法浅埋暗挖法盖挖法地下连续樯法明挖法法浅埋及软土隧道施工方掘进机法新奥法传统矿山法钻爆法矿山法山岭隧道施工方法隧道施工方法)(矿山法因最早应用于矿石开采而得名，它包括上面已经提到的传统方法和新奥法。
由于在这种方法中，多数情况下都需要采用钻眼爆破进行开挖，故又称为钻爆法。
有时候为了强调新奥法与传统矿山法的区别，而将新奥法从矿山法中分出另立系统。
掘进机法包括隧道掘进机(Tunnel Boring Machine ，简写为T.B.M.)法和盾构掘进机法。
前者应用于岩石地层，后者则主要应用于土质围岩，尤其适用于软土、流砂、淤泥等特殊地层。
沉管法、明挖法等则是用来修建水底隧道、地下铁道、城市市政隧道等，以及埋深很浅的山岭隧道。
在隧道施工中最重要的是选择合理的施工方法。
选择施工方法时需考虑的基本因素大体上可归纳为：(一) 施工条件(二) 围岩条件(三) 隧道断面积(四) 埋深(五) 工期(六) 环境条件从目前的工程实际出发，在今后很长一段时期内，矿山法仍然是修建山岭隧道的主流方法，是其他方法不可能代替的。
基于ABAQUS流固耦合作用下软岩隧洞的围岩稳定性分析
基于ABAQUS流固耦合作用下软岩隧洞的围岩稳定性分析基于ABAQUS流固耦合作用下软岩隧洞的围岩稳定性分析随着工程领域的不断发展，软岩隧洞的稳定性问题得到了广泛关注。
然而，由于软岩的特殊性质，传统的工程分析方法在软岩隧洞围岩稳定性分析上存在一定的局限性。
因此，本文采用流固耦合的方法，基于ABAQUS软件对软岩隧洞的围岩稳定性进行分析研究。
软岩是指抗压强度较低、含水量较高的岩石。
对于软岩的围岩稳定性分析，传统方法一般采用弹性力学理论。
然而，弹性力学理论假设岩石是具有线性弹性特性的完美材料，无法准确描述软岩的实际特性。
因此，本文采用ABAQUS软件中流固耦合的方法，将水流和软岩相互耦合，较好地模拟了软岩隧洞围岩的实际工况。
首先，本文建立了软岩隧洞的有限元模型。
模型采用了三维围岩模型，包括隧洞结构和难以观测的软岩材料。
根据软岩的实际特性，模型采用了合适的软岩本构模型。
同时，考虑到隧洞周围的水流对围岩稳定性的影响，模型中引入了流体元素。
接下来，本文根据软岩隧洞的实际工况，给定了合理的边界条件和荷载条件。
在模型构建完成后，通过ABAQUS软件进行数值计算。
软岩隧洞围岩的稳定性分析主要包括了两个方面：一是软岩围岩的位移和应力分布情况，二是软岩围岩的破坏机理和稳定性评价。
通过模型计算得到的结果，可以清晰地描述软岩围岩的位移和应力分布情况。
软岩围岩的位移主要分布在隧洞附近，随着深度增加逐渐减小。
软岩围岩的应力分布则呈现出较大的非均匀性，主要集中在隧洞周围。
同时，通过分析软岩的破坏机理，可以了解软岩围岩的破裂过程和失稳部位。
在稳定性评价方面，可以评估软岩隧洞的稳定性，并对围岩进行合理的支护设计。
综上所述，本文以ABAQUS软件为工具，采用流固耦合的方法对软岩隧洞的围岩稳定性进行了分析研究。
通过模型计算得到了软岩围岩的位移和应力分布情况，并对软岩的破坏机理进行了探讨。
通过稳定性评价，可以为软岩隧洞的支护设计提供科学依据。
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文章编号:1009 6825(2009)09 0312 02采用ABAQUS 的隧道稳定性分析收稿日期:2008 11 13作者简介:刘 学(1970 ),男,工程师,中铁十九局集团第四工程有限公司,辽宁辽阳 111000刘 学摘 要:结合某隧道的工程地质特点,采用ABA QU S 对隧道开挖过程进行了数值模拟,分析表明:采用双侧壁导坑法,由于开挖步之间的相互影响,围岩的应力和变形都比较大,因此支护应紧跟,得出了数值模拟成果与现场监测结果规律基本一致的结论。
关键词:ABA QU S,稳定性,数值模拟,双侧壁导坑法,超前支护中图分类号:U 451文献标识码:A随着我国大规模建设的展开,高速公路建设发展迅速。
为了避开各种病害,改善运营条件,在穿越山区时,高速公路也常采用隧道方案。
一般隧道施工工序多,难度大,地质、形状和受力条件复杂,一般很难得到理论解析解。
有限元法自20世纪50年代发展至今,已成为解决复杂岩土力学问题的有力工具,用来解决许多难以用解析法求解的力学问题。
大型有限元程序ABA QU S 完全可以模拟隧道动态开挖的全过程,并与目前已施工监测得到的数据进行分析对比,根据分析结果,提出相应的措施和建议。
1 工程概况该隧道穿过低山丘陵地貌区,隧道线路经过的最大高程约为407m,隧址地面标高51.28m ~407.00m,最大相对高差约355.72m 。
隧道设计为单洞双线,全长2.4km,围岩级别为 级~ 级。
其中 级段区域地质构造、断裂构造发育,施工过程中极易出现突水和洞室失稳现象,该区段确定为本隧道的施工难点。
本文通过大型有限元软件ABA QU S 对这一区段的开挖进行模拟,揭示该区段内围岩的变形机理,以优化支护参数,保证施工安全进行。
本段隧道为上下行分离的双向六车道高速公路隧道,建筑限界净宽14.5m,净高5m;建筑内轮廓宽15.18m,全高7.92m,围岩级别为 级。
2 ABAQUS 分析模型2.1 建立计算模型本文采用ABAQ U S 建立二维平面应变模型,见图1。
以模型的土体自重方向为y 方向,上表面为自然表面。
模型边界尺寸取5倍隧道直径,这里取长50m,高40m 的长方形平面。
模型左右边界为水平向约束,底边为双向约束。
本文计算中岩体采用M o hr Coulomb 弹塑性模型,初支和二衬采用弹性模型。
隧道断面开挖方法采用双侧壁导坑法,分三部(步)开挖:左右侧同时开挖导坑,而后挖拱部,最后挖除下部岩体。
初期支护在开挖相应断面后及时跟上,二次衬砌在相应主洞开挖成型后全断面施作。
2.2 选取计算参数根据现场岩体力学试验结果和围岩级别 标准,对毛毡岭隧道的开挖、支护进行数值分析时,采用最差工况下工程岩体材料参数,见表1。
表1 岩体材料力学参数材料密度 /kg m -3E /GPa 摩擦角 /( )膨胀角 /( )粘聚力c /MPa级围岩18001.20.33012.50.8对于支护结构,初期支护仅考虑喷射混凝土和锚杆支护。
喷混凝土采用湿喷工艺,混凝土强度等级为C20,设计厚度为20cm;二次衬砌采用钢筋混凝土材料,设计厚度为60cm,混凝土强度等级为C25。
锚杆的作用相当于形成一个环向加固区,简单的处理方法就是提高锚杆作用区的力学指标c(粘聚力), (摩擦角)值,依据工程经验,对于摩擦角 可提高10 ,粘聚力c 的提高值为30%左右。
支护材料参数见表2。
表2 支护材料力学参数材料密度 /kg m -3E /GPa 初喷混凝土2200210.2二衬混凝土230029.50.2锚杆78002000.33 结果分析3.1 围岩应力分析应力模拟结果指出,开挖后,开挖区周围即产生拉应力,随着开挖对围岩扰动的增加,拉应力范围逐渐扩大,拱部开挖完成后,出现的拉应力最大值为0.456M Pa,之后随着应力的释放,拉应力Research of the fatigue property of the steel bridge monolithic jointsLIU C haoAbstract:It po ints out t hat regarding the st eel br idge,the fatig ue failure of the joints i s the most main destruct ion form.I n this paper,takes t he mo nolithic joint of some bridge as a model,wit h the fatigue test analysis and the finite element computation,a weary performance analysi s is car ried on.T he r esults show that the monolithic joint has a sufficient anti fatigue.Key words:steel bridg e,the monolithic joint,fatigue test,finite element312 第35卷第9期2009年3月 山西建筑SHANXI ARCH IT ECTUREVol.35No.9M ar. 2009最值不断减小,如图2所示。
最后施作二衬后,洞顶最大应力为0.12M Pa,如图3所示,可见二衬对抑制拉应力的扩展也起到很好的作用。
综上所述,在施工中,为了控制开挖后拉应力的扩散,应及时施作初期支护,二衬可在围岩应力释放到一定程度施作,这样可减小二衬的受力。
3.2 围岩位移分析由各施工步骤相应位移场分布情况可以看出,每次开挖位移都有变化,位移基本呈扩大趋势,支护施作后位移场影响范围相应减小,而再次开挖位移场又会增大,全部开挖结束后,拱顶位移出现最大值,达到23.5mm,如图4所示。
拱顶位移变化较大,应加强支护。
3.3 支护分析下面以二衬为例来分析支护结构受力,从计算结果看,二衬受力和变形都较小,拱顶最大拉应力为13.5kPa,最大压应力出现在二衬底部,达到7.9kPa,如图5所示;二衬顶部最大位移15.3mm,底部最大位移11.8mm,见图6。
这主要是二衬施作时,坑道已趋于稳定,因此在施工中应注意二衬施作时机。
3.4 数值结果与现场监测结果对比根据毛毡岭隧道现场收敛、拱顶下沉、围岩压力等监控量测的结果,将数值计算的结果与之对比分析。
结果表明,监测断面拱顶得到的沉降量较数值模拟结果偏小,这主要是由于量测技术的限制,量测前产生的位移无法获取,而数值模拟为全部位移;围岩压力监测结果与数值模拟结果较为接近,由此可知,数值模拟结果与现场监测结果取得了较好的一致性。
4 结语1)在运用双侧壁导坑法开挖过程中应力变化较大,特别是不同开挖步之间的相互影响,因此,开挖中应尽可能减少对围岩的扰动,采取支护紧跟的施工方法。
2)由于围岩较软弱,为了获得准确的位移信息,在拱顶、拱角等位移可能变化大的地方,应多布置测点进行监测,随时观察其变化。
3)数值模拟仅仅是工程研究分析的一种手段,还需要与现场设计施工和监测紧密结合起来。
本文的计算结果与目前的现场监测数据有较好的一致性。
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