特大断面地下洞室开挖的有限元仿真模拟
深基坑开挖有限元模拟及现场实测研究共3篇
深基坑开挖有限元模拟及现场实测研究共3篇深基坑开挖有限元模拟及现场实测研究1深基坑开挖是城市建设中常见的一项工程，其施工过程涉及到复杂的地质条件和土力学性质，需要选择合适的开挖工艺以及进行科学的现场管理。
通过有限元模拟和现场实测研究，可以更好地掌握深基坑开挖的关键技术和避免工程事故。
一、深基坑开挖的有限元模拟研究1.选取模型有限元模拟研究需要从实际工程出发，在模型选择上要考虑到基坑的深度、土层性质和土体状态等因素。
一般来说，深基坑开挖的有限元模型可以分为全尺度和局部尺度两种。
全尺度模型主要考虑基坑周围的影响因素，包括建筑物、道路、桥梁等，更具有综合性和实用性；而局部尺度模型着重考虑基坑内部的变形和应力分布规律，更加精细。
2.确定材料参数及边界条件在模型构建之前，需要确定土的物理力学参数、断裂面和裂隙等模型参数，并设定模型变形和应力边界条件。
一般来说，这些参数的设定会影响到模型的精度和收敛速度。
3.模拟分析在模型构建、参数设定之后，进行仿真计算，获取模型变形和应力分布规律，从而判断深基坑开挖过程中可能出现的问题和安全风险。
在此基础上，可以设计更加合理的开挖方案，从而避免工程事故的发生。
二、深基坑开挖的现场实测研究1.场地勘察深基坑开挖的现场实测研究需要进行详细的场地勘察，包括地质勘察、水文勘察以及周边地形和土地利用状况等。
通过合理的场地勘察，可以更准确地分析地质条件和土力学性质，指导深基坑开挖的实际操作。
2.数据采集数据采集是现场实测研究的关键步骤，需要安装监测仪器，记录现场的土体变形和应力变化。
其中包括垂直变形、水平变形、扭转变形等各种类型，可以通过测钻、测绘等手段进行采集。
3.实测分析通过数据采集和实测分析，可以获取土体在不同阶段的变形和应力变化特征，判定深基坑开挖过程中可能出现的地质问题和安全隐患。
同时，实测数据可以与有限元模拟结果进行对比和验证，提高模拟精度。
总结深基坑开挖是一项复杂的工程，需要进行科学的设计、管理和监测。
地下洞室开挖与支护有限元分析
地下洞室开挖与支护有限元分析摘要：建筑体地下洞室开挖和支护这一施工，并不是一项简单的单一过程，它是由很多步骤综合组成的，是一个相对复杂的，前后施工过程有机相连的复杂过程。
因为建筑体地下洞室开挖和支护是一个地下的建筑工程，在这个施工过程中，地下建筑的结构一直处于被加载和卸载的多元变化过程中。
由于建筑体地下洞室开挖的特征，我们可以看出这些施工过程是具有差异性的，进行开挖的顺序也具有一定的差异。
本文对建筑体地下洞室开挖和支护过程进行了有限元的分析，并针对不同支护措施进行了研究分析，以求得到一些对于建筑体地下洞室开挖和支护方面的指导性建议。
关键词：地下洞室；开挖；支护；有限元分析1、前言我国建筑体地下洞室开挖和支护是一个多过程的复杂过程，每一个建筑体地下洞室开挖和支护步骤都是前后相连的，前面的过程步骤会对后面的施工过程产生较为显著的影响。
在一定条件下改变建筑体地下洞室开挖和支护的过程和步骤可能会使得整个工程会更加稳定和稳固，但是如果存在不合理的建筑体地下洞室开挖和支护过程步骤，可能会使得地下工程岩土空间变得不稳定，从而影响建筑结果。
在一定复杂的工程条件下，简单的工程类比可能是难以满足建筑体地下洞室开挖和支护的开发目标的，因此有必要借助有限元的计算方法，不断选择合理的方式，如力学模型等进行模拟，并确定最终的建筑体地下洞室开挖和支护过程。
2、建筑体地下洞室开挖计算方案及材料特性分析2.1 建筑体地下洞室开挖之材料物理力学参数分析对于不同的地下洞室，其地下结构等很多方面都是具有差异性的，我们需要针对不同的地下结构进行不同的物理力学参数分析。
例如我国沉砂池洞室围岩就是一种较为稳定的模型，这种模型较为均衡和完整。
研究人员会采取一定的标准对其进行专业判断，然后才针对其进行有限元分析，为了消除其中一些数据或材料给分析带来的不便，研究人员会采用较为灵活的参考标准与材料参数。
2.2 建筑体地下洞室开挖之初始地应力场分析在进行初始地应力场进行分析时，我们会注重从不同的方向对岩体自重进行较为谨慎的考虑。
地铁大断面隧道开挖方法选取三维模拟计算分析
坑法和双侧壁 导坑 法各 自 的施工工况 ， 在施工过程 中分别 引起 的地 表沉 降。通过模拟 的理论地 表沉 降数据 与 实际 以及
地表沉降数据相 比较 ， 从而决定在施工过程 中应采用何种 方法进行 施工。
关键词 ： 大断面； 隧道 ； 有限元 ； 地表沉 降； 单侧壁导坑法
隧道施工过程 和方 法多 种多 样 ， 目前 在 我们经 常采 用 的矿 山法 中大致有全断面法 、 台阶法和分步开挖法三大类 。在当前 的 施 工实践中 ， 采用最多的方法 是 台阶法 ， 次是 全断面法 。在大 其 部， 开挖进尺 ０ ５ 向下开挖 ② 、 ． ｍ， ③部 ， 完成左侧 半个 隧道封 闭 ，
栅， 喷混凝 土完 成左 侧导洞封闭 ， 、 之间错开 ３ ｍ； ① ② ～５ 同样 的
６ 结
参考文献： 民交通 出版 社， ９ ９ １９．
１ 公路 工程地 质勘察规范 ［ ］ 北京 ： Ｓ． 人 目前 ， 该隧道 已经全线 贯通 ， 施工地 质断 面情况 与勘 察结 果 ［ ］ 交通 部第一 公路勘 察设计 院．
维普资讯
总第 １７期 １
西 部探矿工程
Ｗ ＥＳ Ｔ— ＣＨ Ｉ ＮＡ ＥＸＰＬＯＲＡＴＩ ＯＮ ＥＮＧＩ ＮＥＥＲＩ ＮＧ
ｓ ｒｅ ． １ ｅ ｉｓ Ｎｏ １ ７
２０ ０ ６年第 １ 期
Ｊ ｒ ０ ６ ａＬ２ ０
文章编号 ：０ ４ ５ １ （ ０ ６ ０ － ０ ５ － ０ １０ － ７ ６ ２ ０ ） １ １ ２ ２
在 实际施工过程 中采 用单 侧壁导坑法 ， 具体施 工措施 如下 ：
２ １ 施 工 方 法 ．
先施 工①部 ， 沿① 部 拱部 开挖 轮廓 线外 施工 小导 管注 浆 超
特大断面地下洞室开挖有限元仿真模拟
特大断面地下洞室开挖的有限元仿真模拟摘要：本文以雅砻江上游锦屏一级水电站的右岸导流洞的开挖为例，用弹塑性理论和有限元法相结合的方法，动态模拟了导流洞的开挖过程，得出了各步开挖对围岩位移场和应力场的影响，并且为施工过程中位移和应力监测点的合理布置提供了指导意义。
关键词：导流洞；弹塑性理论；有限元法；动态模拟1.锦屏一级水电站右岸导流洞工程概况及特点锦屏一级水电站主要由双曲拱坝(包括水垫塘及二道坝)、右岸泄洪洞、右岸引水发电系统及开关站等建筑物组成，水库总库容为77.6亿m3，电站总装机为6×600mw。
左、右岸各布置一条导流洞，按两岸对称、双弯道、断面相同的方式布置，导流洞由进口闸室、洞身段和出口段组成，洞身为15m×19m(宽×高)城门洞形断面。
右岸导流洞洞身全长为1187.658m，进、出口高程分别为1638.50m、1634.00m。
导流洞进口边坡最大开挖高度89.5m，其中最大垂直开挖高度约 44.5 m，出口最大垂直开挖高度约75.5m。
导流洞区出露地层岩性主要为三叠系中上统杂谷脑组第二段(t2－3z2)大理岩，优势节理裂隙主要有5组：①n15～80°e，nw ∠25～45°，层面裂隙；②n50～70°e，se∠50～80°；③近sn～n30°e，se∠60～80°；④n60°w～ew，ne(sw)或s(n)∠60～80°；⑤n30～50°w，ne∠60～80°。
另外，导流洞区还存在如下特点(1)岩体自稳定能力差；(2)洞身段处于高地应力区，开挖时容易发生岩爆现象；(3)洞身大部分位于地下水位以下，地下水较为活跃，局部有岩溶现象。
这些特点，增加了导流洞的开挖成形的难度，所以必须对其进行严格的论证，确定合理的开挖方案。
2.开挖过程有限元模拟分析根据国内外工程施工经验来看，特大断面洞室的开挖一般采用导洞台阶法[1][2]。
隧道开挖释放荷载的有限元模拟方法研究
图1
开挖释放荷载计算过程
刚度折减法 ［3 ］ 此法由 Swoboda 教授 提出， 也称刚度逐步软化法， 即 模拟应力逐步 对开挖单元的弹性模量乘以一个软化系数 α，
释放， 在衬砌施工完成后， 开挖单元的弹性模量为零， 具体过 程见图 2 。 此法虽没有严格的理论基础， 软化系数的选取带有很大 的任意性， 但是易于在通用有限元程序中实现， 如果能结合 确定每次施工合理的软化系数， 不失为一种 现场测试结果， 很好的模拟方法。
［2 ］
1
1. 1
几种开挖释放荷载的计算方法
Mana［1］ 法 所谓开挖释放荷载实际上是被开挖掉的那部分单元通
过开挖界面与剩下的单元之间的相互作用力， 因此在开挖前 它在本质上是内力。 每一次开挖使得所暴露出来的表面为 自由表面， 即无应力状态， 此时， 需要将相互作用力反方向施 。 加在开挖剩余体系上 S E 是开挖边界， 记被开挖掉的那部分单元的全体为 Ω E ， 作用在 Ω E 上的外载除了 S E 上的面力荷载 p （ 开挖荷载） 外， 还有体积力 b（ 自重或渗流力） ， 由它们产生的内力 σ， 因此有 1. 2
图2
刚度折减法原理
挖边界上的节点力不平衡， 会产生新的变形， 引起应力重分 “杀死 ” 布。此时可以 开挖单元， 即开挖单元具有“零应变 ” 状态， 为了克服方程的病态性， 将开挖单元的刚度乘以一个 很小的系数， 同时约束位移。 此时， 可在上一步的基础上继 应力状态自动进行叠加， 位移需减去初始状态。 续进行求解， “地应力自动释放法” ， 上述方法称为 也是目前通用有限元程 “ ” 。 序采用 生死单元 模拟开挖的方法 如果在开挖边界上施 加虚拟的 支 撑 力， 来 模 拟 围 岩 的 逐 步 卸 载， 就是支撑荷载 ［4 ］ 5］ 法 。文献［ 详细讨论了支撑荷载的作用方向 、 选取方式 及释放系数的取值， 不再赘述。 支撑荷载和释放荷载作用方向相反， 且有如下关系， 设 每一步开挖的荷载释放系数为 α i ， 第 n 步开挖的释放荷载为 αn fi ， 则支撑荷载为：
数值模拟地下洞室开挖方案优化
计算模 型 物理力 学参 数
剪胀角/(� ) 2. 0 0. 15 25 0. 9
密度 � / � (� / 3) 体积变形模量 / � � 剪切变形模量 � / 内黏聚力 / 内摩擦角 /(� ) 抗拉强度 /
力学 模型
计 算结 果分 析
� 不同 开挖 方案 围岩 塑性 区对 比( 见图 5 6) 采用 非 关联 流 动法 则 的弹 塑 性 计 算法 塑 性势 面 与屈 服 面 的 差异 由 剪 胀 角体 现 屈 服 准 则 采用 准则 网格 划分 该开 挖 过 程 采用 软件 进 行 数 值 模 拟 该 软 件设 计 的基 本 算法 是 拉 格朗 日 差分 法 是 一 种 利用 拖 带坐 标 系分 析 大变 形 问 题的 数 学方 法 并 利用 差 分 格 式 按步 积 分 求 解 7 按 照 开 挖 对 围 岩 影响 (影 响 大 的
� 1 -5
2 数 值模 拟 2 . 1 计算 模型
目前 � 国内 对地 下 洞室 由于 考 虑的 是 同一 断 面 内不 同 块 开 挖次 序 优 化
施工 � 顺序 的 优化� 研究 已 经有 很多 本 文将 以 北京 地 故可 采用平 面计 算 如图 1所 示 以洞 室底 板中点 为坐
� � 6 铁 4 号线 � 动 物园 车站 出 入口 的建 设 为例 � 采用 标原点 水平 轴正负各取 1 5 作为位移为 零的边界
1
工 程概 况 北 京 地铁 4 号 线 动 物 园 车 站 为 地 下 三 层 三 跨 岛
式站台 车站 共设 有 7 个出 入口 通道 和 2 个风 道 总长
189. 9
标 准段 总 宽 20 . 9
施 工 出 入口 明 挖部 分基 坑围 护 结 构采 用 钻 孔 灌 注 桩 基 坑 内 设置 横 向 钢 支 撑 暗 挖 结构 采用 矿山 法施 工 车站 在 地貌 上 处于 永 定河 冲 洪 积 扇的 中 部 地 层 以第 四 纪冲 积 洪 积 土层 为 主 场区 � � 地 形 基本 平 坦 车 图 1 计算模型示意图 �
隧道开挖ansys模拟分析
隧道台阶法开挖的有限元模拟分析1.力学模型的建立岩体的性质是十分复杂的，在地下岩体的力学分析中，要全面考虑岩体的所有性质几乎是不可能的。
建立岩体力学模型，是将一些影响岩石性质的次要因素略去，抓住问题的主要矛盾，即着眼于岩体的最主要的性质。
在模型中，简化的岩体性质有强度、变形、还有岩体的连续性、各项同性及均匀性等。
考虑岩石的性质和变形特性，以及外界因素的影响，采用的模型有弹性、塑性、弹塑性、粘弹性、粘弹塑性等。
根据对隧道的现场调查及试验结果分析，围岩具有明显的弹塑性性质。
因此，根据隧道的实际情况，考虑岩体的弹塑性性质，在符合真实施工工序和支护措施的基础上，在数值模拟过程中将计算模型简化成弹塑性平面应变问题，采用Drucker—Prager屈服准则来模拟围岩的非线性并且不考虑其体积膨胀，混凝土材料为线弹性且不计其非线性变形。
对地下工程开挖进行分析，一般有两种计算模型：（1）“先开洞，后加载”在加入初始地应力场前，首先将开挖掉的单元从整体刚度矩阵中删除，然后对剩余的单元加入初始地应力场进行有限元计算。
（2）“先加载，后开洞”这种方法是首先在整个计算区域内作用地应力场，然后在开挖边界上施加反转力，经过有限元计算得到所需要的应力、位移等物理量。
两种方法对线弹性分析而言，所得到的应力场是相同的，而位移场是不同的，模型（2）（即：“先加载，后开洞”）更接近实际情况。
在实际地下工程开挖中部分岩体已进入塑性状态，必须用弹塑性有限元进行计算分析，而塑性变形与加载的路径有关，所以模拟计算必须按真实的施工过程进行，即在对地下工程开挖进行弹塑性数值模拟过程中，必须遵循“先加载，后开洞”的原则。
在有限元法中，求解非线性问题最常采用的方法是常刚度初应力法。
对于弹塑性问题，由于塑性变形不可恢复，应力和应变不再是一一对应的关系，即应力状态与加载路径有关，因此应该用增量法求解。
弹塑性应力增量与应变增量之间的关系可近似地表示为}{}]{[}]){[]([}{][}{0σεεεσd d D d D D d D d p ep +=-== （1） 式中，][D —弹性矩阵，][p D —塑性矩阵。
地下洞室群开挖的弹塑性有限元计算
束时 ， 在整个开挖过程中主压应力没有超过岩石的抗压
强度 。
厂 房 的地 下 洞室 开挖 问题进 行 了二 维 弹 塑性 有 限元 仿
真 计算 分析 ， 计算选 取 了 ４个 机组段 进 行 。图 ｌ ３ 机 是
图 ３为计算 的塑性 区示 意 图 ， 由此 可 见 ， 开挖 过 在 程 中需 要 根据 塑性 区 的发 展情 况进 行必 要 的支护措 施 。 在施工 进行 过程 中发现 ， 整个 计算 结果 同现 场情况 比较
一
上 △６ ＝ Ｄ ｄ 』 ｄ
１ ２ 非 线性求 解过 程 ．
６ ＋Ｊ “ｄ ｕ ｄ ｒ ６厂一 ｕ （ ４ ）
个 典型 的载荷增 量 △尺， 在这个 载荷 增量 施 加之前 已
上式是 关 于位 移增 量 的非 线性 方程 。 求解 上面方 程 的非线性迭 代 的求解 步骤如 下 ： 由上一 步 载荷 的 计 算 弹塑 性 矩 阵 （ ， 成 Ｄ。 形 ）
［ ］ 石 力 学 工 程 学 报 ，０４ ２ （ ７ ：０ ０— ０ ６ Ｊ ．岩 ２ ０ ，３ １ ） ３ ３ ３ ３ ．
刚体 极 限平 衡 条分法 由于其力 学模 型简 单 ， 以对 可
边坡进 行定 量 的稳 定 性评 价 ， 而且经 历 了长期 工程 实践 的考验 ， 已被 工程 人 员广 泛 地 接 受 ； 平 衡 推 力法 作 为 不 刚体极 限平 衡法 的一 种 ， 由我 国工 程技 术人 员 自己创 足 立 的 ， 由于计算 简 单 、 念 明 确 、 算精 度 好 ， 它 概 计 因此 得
∑Ｊ
｝ ｄ Ｆ
’
（ ３ ）
Ｎｒ ｅ为剩余 单元个 数 ；Ｆ｝ ｛ 为整体 荷载 列 阵 ， 和符 求
某大断面水利导流洞工程台阶法开挖有限元数值分析
及 自身的稳 定性 。
关键 词 ： 大断 面 ； 台阶法 ； 移 ； 位 力学特 性 中图分 类号 ： ４ ５ ４ Ｕ ５ ． 文献标 志码 ： Ａ
第２ ３卷第 ２ ３期 ／ ２１ ０ ０年 ６月
常 州 工 学 院 学 报
Ｊ ｕ ｎ ｌｏｆＣｈ ｎ ｚ ｕ Ｉ ｓｉ ｅ ｏ ｃ ｎｏｏ ｏ ｒ ａ ａ ｇ ｈｏ ｎ ｔｔ ｆＴｅ ｈ ｌｇｙ ｕｔ
ＶＯ ． ３ Ｎｏ ２ １２ ． ／３
Ｊｎ ２ Ｏ ｕ ． ０１
ｒ ｃ ｎ ｔ ｗ ｎ ｓａ ｉ ｔ ｏ ｋ ａ ｄ ｉｓｏ ｔ ｂｌ ｙ． ｉ
Ｋｅ ｒ ｓ：ａｇ ｒ ｓ —ｅ ｔｏ ｂｅ ｃ ｅ ｏ ｄ ｓ ｌ ｃ ｍ ｅ ｔ ｍ ｅ ｈ ｉ ａ ｒ ｐ ｒｉ ｓ ｙ ｗｏ ｄ ｌ ｅ ｃ ｏ ｓ ｓ ｃｉ ｎ； ｎ ｈ ｍ ｔ ｄ； ｉｐ ａ ｅ ｎ ； ｃ ａ ｃ ｌ ｐ ｏ ｅ ｔｅ ｒ ｈ ｎ
ｃ ｎ ｒ ｌ ｈ ｉｐ ａ ｅ ｎ ｏ ｖｅ ｇ ｎ ｅ ｉ ｈｅ ｐ ｏ ｅ ｓ ｏ ｏ ｔｕ ｔｏ Ｓ ｔｅ ｇ ｅ ｉ ｇ ｍｏ ｔ ｒｎ ａ ｕ ｅ ｏ ｔｏ ｓ ｔ ｅ ｄ ｓ ｌｃ ｍｅ ｔｃ ｎ ｒ ｅ ｃ ｎ ｔ ｒ ｃ ｓ ｆ ｃ ｎｓｒ ｃｉ ｎ， Ｏ ｓｒ ｎ ｔ ｎ ｎ ｎ ｏ ｉ ｇ ｍｅ ｓ ｒ — ｈ ｉ
０ 引 言
随着 国 民经济 的飞速 发 展 ， 木 工 程 施 工技 土 术 的提高 ， 面 大 于 １ ０ ｍ 断 ０ 的地 下 洞 室 大 量 涌 出。纵观 大断 面 洞室 的施 工 方法 ， 主要 根 据 断 面 形状 、 长度 、 期 、 质 、 工 地 涌水 、 围环境 等条 件 ， 周 综 合确 定 。
深埋超大断面单拱隧道开挖有限元分析
。 ｊ ｊ 蜘 ０ 杂 土土层 ２０ ０
２２ ０ ０ ２ ０ ０ ４ ２５ ０ ０
ａ ＿
２ ５ １ ５ ２ ０ ０４ ． ０３ ． ０２ ．５ ０． ２ １ ５ ２ ０ ２ ５ ３ ０
进 深 与 导 坑 相 同 。 隧 道 断 面 施 工先
后 顺 序 如 图 ｌ，开 挖 尺 寸 和 面 积 见
表 １ 。
最 大 开挖 宽 度２ ．８Ｔ；襄渝 线 狗磨 ０ ６ ｌ ｉ 湾 隧 道 开 挖 跨 度 为 ２ ． ０ ５ｍ， 断 面达 ２ ０ ；渝 怀 线 杉 树 陀 三 线 车 站 隧 ６ ｍ
ｍｍ ，纵 向和 横 向间距 均 为 １ ５ ； ． ｍ 二 衬 作 为 安 全 储 备 采 用 钢 筋 混 凝 土
衬 砌 ，厚 ｌｍ。 隧道 采 用 ２ 种施 工 设
ｍ ， 属 于极 少 见的超 大跨 单拱 隧道 ，在 其 开挖 前先 进 行 有 限元 分 析 ，
分别 从 开挖 稳 定性 、锚杆 轴 力、初 衬 受 力和 围岩 变形 等４ 面对 特 大跨 方 隧 道 的 开挖 方 案 修建 技 术进 行 了分 析和 讨 论 ，得 出一 些有 益 的 结论 ，
１ 工程概况
本 超 大 断 面 单 拱 隧道 为 铁 路 隧
０ｍ ． Ｉ Ｔ 道 开挖 最 大 宽度 ２ ． ８ｍ ，最 大 高度 道 ，埋 深 ８ ，跨 度４１ １Ｉ ，高 度 １ １ １ Ｉ ５Ｉ ，开 挖 断 面２ ３ ４ Ｄ 。隧道 建 ２ ． ７ Ｔ ４ ．６Ｉ ＿ ２ ５１ ，断面 面积 ８ ９ １ ７３Ｉ ３ １ ２ ．５ ｉ Ｆ 。埋 设 中 出 现 了 “ 、 长 、 大 、深 ” ， 多 深０ ～３ｍ为杂 土 土层 ，埋深 ３ ４Ｉ ～１ Ｔ ｉ
基于有限元软件对隧洞开挖进行模拟分析
2020.04科学技术创新程度上提高了对火灾检测的准确率。
图1传统的火焰检测效果图2本文的火焰检测效果4结论火灾发生后，现场的环境比较差，在采集图像时，图像受环境影响会导致对比度降低、有噪声并且图像边缘信息受损，提高了火焰检测的复杂度。
本文通过Gamma 校正提高火灾图像的对比度，再通过中值滤波滤除图像中的噪声，使用Otsu 阈值分割算法消除背景干扰，选用人眼适应度较强的HSI 颜色空间对火焰图像进行颜色特征提取，根据火焰图像的形状规律程度选用圆形度形状特征提取火焰的形状特征，提高了火焰检测准确率。
该方法能有效地进行火焰检测，在火灾检测领域具有较大的应用价值与研究意义。
参考文献[1]Verstockt S,Hoecke S V,Beji T,et al.A multi-modal video analysis approach for car park fire detection [J].Fire Safety Journal,2013,57(4):44-57.[2]Ding H J,Fan D,Yao H W.Cable tunnel fire experiments based on linear temperature sensing fire detectors [J].Optics &Precision Engineering,2013,21(9):2225-2230.[3]杨帮华,刘燕燕,何美燕等.多红外火焰探测中基于决策树的火灾识别[J].计算机技术与发展,2013(8):14-17.[4]高伟伟,曹江涛.一种基于RGB 与HIS 颜色空间模型的火焰尺寸检测方法研究[J].辽宁石油化工大学学报,2013,33(3):63-66.[5]刘海峰,张超,罗江,林福良.一种用于中值滤波的改进均值划分算法[J].计算机系统应用,2017,26(3):162-168.[6]李玲.基于视频图像的火灾识别研究[D].广州：华南理工大学,2012.基于有限元软件对隧洞开挖进行模拟分析杨理想贺晓东（西京学院，陕西西安710123）1概述在隧洞开挖过程中，会由于隧洞开挖的进程和地理环境的差别，会导致隧洞周边的地表沉降量和塑型区域发生改变。
特大断面小净距隧道爆破震动效应研究
特大断面小净距隧道爆破震动效应研究摘要：本文结合特大断面小净距隧道的实际情况，采用有限元方法对隧道开挖爆破振动进行了数值模拟，并与爆破振动现场测试结果进行了对比。
关键词：特大断面小净距爆破震动数值模拟Abstract：This text combines the big cross section footpath is apart from the actual circumstance of tunnel and adopt a limited dollar the method opened to dig and blow up a vibration and carry on number emulation to the tunnel，and with blow up vibrate the spot the test carried on contrast as a result。
Keywords：especially big cross section small clean be apart from blow up vibration The number imitates爆破震动效应是在指爆破区的一定范围内，当爆破引起的震动达到足够的强度时对周围环境造成各种影响，如地面震动、边坡滑塌、地上及地下建（构）筑物的破坏等。
本文利用数值模拟的研究方法，对大断面小净距隧道爆破开挖相互间的影响进行了分析。
1、工程概况某高速公路l号隧道场址区属低山丘陵地貌，地形起伏大，线路沿北西向穿越低山丘陵区，地质复杂。
1号左洞ZKl0+372—ZKl0+691.2，全长319m；右洞YKl0+350—YKl0+665，全长315m。
隧道为上下行分离式双向八车道高速公路隧道，建筑限界宽度为17.25m，净高5m，最大毛洞开挖跨度为19.9m，高度10.838m，左右隧道间距相差不多，间距最小处为11m，属特大断面小净距隧道。
大型地下洞室地震灾变过程三维动力有限元模拟
第30卷第3期岩石力学与工程学报V ol.30 No.3 2011年3月Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering March，2011 大型地下洞室地震灾变过程三维动力有限元模拟张志国1，2，肖明1，2，陈俊涛1，2(1. 武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室，湖北武汉 430072；2. 武汉大学水工岩石力学教育部重点实验室，湖北武汉 430072)摘要：地震作用是影响大型地下洞室群长期安全运行的主要外界因素。
采用时程分析法模拟地震灾变中洞室围岩地震响应过程，是研究地下洞室抗震的一种有效方法。
为此，开发地下洞室地震灾变三维动力有限元数值模拟系统。
该系统采用显式中心差分法求解。
为加快求解速度，对程序进行并行化处理并在积分方法上提出多高斯点分区混合积分法；考虑高应变率下材料的强化特性和循环荷载作用下围岩损伤特性，提出适用于地下洞室抗震分析的岩体动力本构模型；人工边界采用黏弹性边界；考虑地震波入射的方向性、多面性和非一致性，提出适用于地下洞室抗震分析的地震波空间斜入射法。
通过计算通用数值分析软件的验证算例，表明该系统程序求解的正确性。
同时，通过对鲁基场窑洞式地下厂房地震灾变时程模拟，表明系统程序在实际工程问题分析中的可靠性和实用性。
关键词：数值模拟；地下洞室；地震灾变；三维有限元法；动力本构模型；地震波输入中图分类号：O 242 文献标识码：A 文章编号：1000–6915(2011)03–0509–15 SIMULATION OF EARTHQUAKE DISASTER PROCESS OFLARGE-SCALE UNDERGROUND CA VERNS USING THREE-DIMENSIONAL DYNAMIC FINITE ELEMENT METHODZHANG Zhiguo1，2，XIAO Ming1，2，CHEN Juntao1，2(1. State Key Laboratory of Water Resources and Hydropower Engineering Science，Wuhan University，Wuhan，Hubei430072，China；2. Key Laboratory of Rock Mechanics in Hydraulic Structural Engineering of Ministry of Education，Wuhan University，Wuhan，Hubei430072，China)Abstract：The earthquake impact is a major external factor influencing the long term stability of underground caverns. Time-history analysis method is able to simulate the earthquake response of surrounding rock in underground caverns during earthquake disaster process. It has been proved to be an effective method to analyze the aseismic issue of underground caverns. The numerical simulation system using three-dimensional dynamic finite element method is developed to study the earthquake disaster in underground caverns. Central difference method is employed in this system to solve the problem. To enhance the solving speed，parallel procedures and hybrid Gauss point integration method are proposed in programming. Strengthening features of materials under high strain rate and damage features of surrounding rock under cyclic loading are considered. The dynamic constitutive model for rock masses is presented. It is suitable for the aseismic analysis of underground caverns. Visco-elastic boundary is adopted in artificial boundary. The spatial oblique incident method which is suitable for the aseismic analysis of underground caverns is proposed. It is able to reflect the specific incident direction，the multi-incident surfaces and the inconsistency of seismic wave. An example is given to verify the correctness of the收稿日期：2010–11–15；修回日期：2010–12–26基金项目：国家自然科学基金重大项目(90715042)；国家杰出青年科学基金项目(50725931)；武汉大学博士研究生科研自主基金项目作者简介：张志国(1984–)，男，2007年毕业于武汉大学水利水电学院水工结构专业，现为博士研究生，主要从事地下洞室围岩稳定数值计算方面的研究工作。
地下洞室结构开挖施工过程弹塑性模拟
地下洞室结构开挖施工过程弹塑性模拟工程概况网格划分及形成方法计算速度及收敛精度24进一步分析的问题模拟过程特殊问题处理3计算结果分析5161、工程概况我国第二大水电站溪洛渡电站工程于2005年12月２６日正式开工，这成为我国“十五”期间开工的最后一项巨型水电工程，也是金沙江下游梯级电站的第一个开工建设项目。
溪洛渡水电站鸟瞰图1、工程概况本项目为溪洛渡水电站引水发电系统中的泄洪洞工作闸门室结构有限元分析，其特点是：（1）工作闸门室开挖规模较大，洞室结构复杂；顺水流方向开挖最大跨度为16到36m；上下游面最大垂直开挖高度近60m，下游面555.00m高程到578.00高程之间倒坡开挖坡度为1：1；横水流方向两下室之间的岩墩厚度约30m，仅为单个下室横水流方向开挖跨度的 1.5倍，且岩墩内布置有中闸室通气洞主洞及支洞，各洞室开挖之间的影响较大。
1、工程概况（2）洞室的上下游开挖面垂直于岩石最大主应力方向，开挖后的应力释放也给洞室稳定带来了不利因素；由于现场进度及施工安排的原因，洞室开挖支护后，衬砌可能要在一年半以后才能施工，无法在新奥法建议的合理时段与一期支护联合承载，围岩的稳定在很长一段时间内将主要依靠一期的喷锚支护。
1、工程概况（3）运行期洞室结构稳定性。
正常蓄水位下的挡水水头高达60m，此时作用在单个弧门支铰上的力近6300吨，由弧门支铰梁传递给工作闸门室下室边墙及岩体共同承担，弧门支铰梁的安全直接关系到泄洪洞及整个枢纽的安全运行，而弧门关闭时支铰处的位移也将影响到弧门的水封效果和正常启闭。
1、工程概况（4）参数设置岩体：弹塑性D-P准则混凝土块体单元：弹塑性D-P准则衬砌壳单元：弹性锚杆：弹性工程概况网格划分及形成方法24 35 1 6计算速度及收敛精度进一步分析的问题模拟过程特殊问题处理计算结果分析2、网格划分及形成方法（1）已有网格单元节点、信息整理单元、节点数据新建Midas/GTS文件（注意单位设置）将所有结点信息导入分组、分类导入单元信息调整各组单元特性参数建立锚杆MARC形成模型Midas/GTS节点数据格式EXCEL节点数据格式拷入Midas/GTSMidas/GTS单元数据格式EXCEL各组单元数据格式拷入Midas/GTSMidas/GTS最终网格形成调整网格参数并设置锚杆模型/单元/修改参数调整网格参数命令：设置锚杆方法：1）CAD中形成.dxf文件2）GTS中使用文件/导入/dxf2D线框3）GTS中使用几何/转换/旋转or 移动复制4）GTS中使用网格/自动化分网格/线最终所有锚杆形成后网格（2）使用Midas/GTS软件本身划分网格泰州长江大桥南锚碇基础三维网格工程概况4 5 1 6计算速度及收敛精度进一步分析的问题计算结果分析2 3网格划分及形成方法模拟过程特殊问题处理3、模拟过程特殊问题处理（1）初衬的设置一般用壳单元，厚度为15cm左右。
地下洞室开挖数值模拟分析
５ ． ５ ５ ． ０ ４． ５
日无二次衬砌
目衬砌 ５ ８ ３ － ３ｍ
＿ ｏ ＿ 上 一 ｏ － 上 பைடு நூலகம்１ ｊ ｛ ∈ 寸 Ｈ
＿衬砌 ６ １ ３ ． ５ ｍ ・衬砌 ６ ２ ５ ． ５ ｍ
舷
Ｅ 一 上 一 上 ＊ ＿上
＋
— —
上 ４１ － ６ －９ １ －１ １ １ 中１ 中３ Ｆ１ 下５
开挖步 ｂ ） 井 中部关键点
５． ５
３ 结 语
１ ） 采用 Ｄ — Ｐ准则 ， 对地 下洞室群 开挖施工 造成 的围岩稳定性
十 下 １
５ ． Ｏ ４． ５ ４． Ｏ ３ ． ５ ３． ０ 锄 ２． ５ 舷 ２． ０ １ ． ５ １ ． ０ ０ ． ５
川水利 ， ２ ０ ０ ６ （ ４ ） ： ６ １ — ６ ５ ．
・
３ ９卷 第 ３ ４期 １ ０ ６・ 第 ２ ０ １ ３ 年１ ２ 月
山 西 建 筑
开挖后期 ， 下部关 键点 的安全 系数取得 最小 值 ， 这表 明 ， 随着 移边界 ， 实体单元模拟 ， 地 下洞 室布置以及 断层位 置示 意图如 图 １ 半； 所示。洞室总共分 ３ ８步开挖 ， 尾水 支洞 和尾 水 隧洞均 分三 层开 开挖 的不断进行 ， 洞室围岩的失稳 过程是 由顶部 向底部不 断地来 挖， 根据设计顺 序错动 开挖 ， 井身及 五洞叉 １ ２ １ 开 挖步骤 示意 图如 扩 展 。
关 键 点
１ ． ５ １ ． Ｏ ０ ． ５
图 ６ 不满足规范要求点安全系数 随衬砌高程变化情况
经二次衬砌后 ， 典型断面上各 关键 点安 全系数的变化见 图 ６ 。
地铁车站深基坑开挖与支护有限元数值模拟共3篇
地铁车站深基坑开挖与支护有限元数值模拟共3篇地铁车站深基坑开挖与支护有限元数值模拟1地铁车站深基坑开挖与支护有限元数值模拟随着城市快速发展，地铁工程建设不断增长，地铁建设对于城市的发展具有重要的作用。
在地铁建设过程中，车站建设是一个重要的环节，而车站建设中深基坑的开挖与支护是一个关键的技术难点。
在深基坑的开挖过程中，存在许多不确定性因素，如土体性质、地下水位、周围建筑等因素，这些因素会对周围环境造成一定的影响。
因此，进行深基坑的开挖与支护时需要特别注意，需要进行合理的仿真分析。
有限元数值模拟技术能够很好地对车站深基坑开挖与支护过程进行仿真分析，可以对深基坑开挖后周围的变形情况、土体应力、应变和土体变形等进行分析，可以有效预测开挖过程中的变形和位移等情况，为施工方提供科学的参考依据。
在进行地铁车站深基坑开挖与支护时，需要对土体物理特性进行了解。
一般情况下，软土层吸水量大、膨胀性强，因此需要进行支护。
同时还需要考虑到周边建筑物的稳定性以及地下管道的影响，必须进行严格的预测和控制。
在地铁车站深基坑开挖与支护的仿真模拟中，模型需要考虑到所有可能影响模型的因素，通过合适的数值模拟软件，能够在合理的精度下，对模型进行精确的仿真预测。
仿真结果不仅可以为施工方提供准确的参考，还可以为设计者提供更为严谨的设计依据，从而提高了施工品质和效率。
总之，地铁车站深基坑的开挖与支护是一个复杂的工程，需要考虑许多因素，严格控制各项技术指标，采用仿真分析技术可以很好地解决这些问题。
此外，为了防止开挖过程中出现不可预测的问题，相关方面应该在施工前进行详细的规划和准备工作，将车站深基坑的开挖工作做到最好、最准确、最安全综上所述，地铁车站深基坑开挖与支护是一个极其复杂的工程，需要考虑多种因素，包括土体物理特性、周边建筑物的稳定性、地下管道的影响等等。
在施工前进行合理规划和准备工作，并采用仿真分析技术，可以有效预测开挖过程中的变形和位移等情况，为施工方提供科学的参考依据，从而提高施工品质和效率，确保施工安全。
超大断面隧道开挖施工技术
106总474期2018年第24期（8月 下）0 工程概况某隧道为双洞八车道分离式隧道，分离式结构，左右线相距约100～200m 。
隧道上行出洞口基岩裸露，坡面倾角25°~30°，坡长达100m ，山体坡面遭风化剥蚀严重，表层岩体破碎，但总体稳定性较好，无整体式滑动风险，但由于岩体较破碎，隧道顶板厚度较薄，进口边坡开挖及隧洞开挖，易引起次生灾害。
隧道下行出口处见有崩塌碎、块石堆积，堆积体髙度达20m 左右，稳定性差，有溜滑现象。
上部基岩裸露，岩体呈镶嵌结构，边坡陡立，有掉块现象。
但总体稳定性较好，无整体式滑动风险。
进口边坡开挖及隧洞开挖，易引起次生灾害。
1 工程难点及解决方案结合本隧道工程及其地质特点，本项目隧道为双向八车道，单洞四车道，限界净空为18.25m ×5m ，断面较大，大部分为Ⅳ、V 级围岩，隧道开挖断面大（特大断面）、质量标准高，施工组织复杂，施工难度大，工序转换频繁，进度缓慢。
其难点在于隧道施工影响因素多，该隧道地形起伏较大，大部分围岩等级为Ⅳ、V 级，且为超大断面，几方面因素影响隧道施工，使得提高隧道施工进度成了本项目最大难点。
2 开挖施工方案具体开挖施工方案如下，隧道Ⅴ级围岩S5a 、S5b 、S5c 、S5d 及Ⅳ级围岩地段S4a 型衬砌采用双侧壁导坑法施工，Ⅳ级围岩地段S4b 型衬砌采用预留核心土环形导坑法施工，Ⅲ级围岩地段S3型衬砌采用预留核心土上下台阶法施工，大管棚或Φ50小导管超前注浆支护进洞。
紧急停车带、人、车行横洞根据其所处的围岩类别采用光面爆破开挖法施工[1]。
各种洞室根据图纸布置位置与洞身同时开挖，布设好钢筋及预埋件后与洞身衬砌混凝土一次成型。
合理组织施工，严格控制二衬与掌子面、仰拱与掌子面的安全步距，及时跟进，Ⅴ级围岩S5a 、S5b 、S5c 型衬砌，导坑法施工过程中，导坑长度不得大于8m ，二衬与最远掌子面距离不宜大于55m ；S5d 、S4a 型衬砌，导坑法施工过程中，导坑长度不得大于12m ，二衬与最远掌子面距离不宜大于75m 。
某超大型地下洞室开挖方法选择与分析
位 ， 而指 导洞 室 开 挖 、 护 方 案 制 定 。通 过 合 理 的 开 挖 方 法 从 支
和 支护 方 案 使 洞 室的 变形 得 到 有 效 、 序 控 制 。采 用 洞 室 变 形 有
点见 表 １ 。该 洞 室 开 挖 时 间仅 为 ８个 月 ， 程 平 均 月 工
开 挖 量 达 ３ ２万 Ｉ 。 ． ｎ
表 １ 主要 技 术 难点
序 号 １ 技 术 难 点 对 策 概要
部混 凝 土衬 砌 施 工 ； ３ 加 强 对 拱 部 开 挖 时 洞 室 拱 顶 （）
关 键 词 ： 大洞 室 ；开挖 ； 工 方 案 ； 值 分 析 超 施 数
中 图 分 类 号 ：４ ５ Ｕ ５ 文 献 标 识 码 ： Ｂ
文章 编 号 ：０４— ９４ （０ ７ ０ — ０ ６ ３ １０ ２ ５ ２ ０ ） ８ ０ ４ —０
制 定相 应 的技 术 措 施 弥 补 其 不 足 ： １ 在 大 跨 度 洞 室 （）
２ １ １ 顶层 施 工方 案 比选 ． ． 由施工 支洞 进 入 主洞 室 后 ， 过 导 坑 进 入 主机 洞 通
步 开 挖 法 ， 是 特 大 断 面施 工 的一 个 特 例 。 其 施 工程 序 和 方 案 这 借 助 计 算 程 序 对 开 挖 后 的 洞 室 可 能 要 发 生 的 变 形 进 行 洞 室 应
１ 工 程 概 况
通 过不 良地质 地段 （ 断层 破 碎 带 ） ， 用 中导 洞 和 如 时 采 侧 导洞 先行 开 挖 支 护 的施 工 方 案 ； ２ 在 被 覆 混 凝 土 （） 模板 的支撑体 系 的设 计 上 ， 内拉 外 撑 支模 体 系进 行 拱
地下厂房开挖过程的有限元数值模拟的开题报告
地下厂房开挖过程的有限元数值模拟的开题报告一、选题背景随着城市化进程的不断加速，城市建设中地下空间的开发和利用越来越受到重视。
地下空间的开挖是地下建筑施工中必不可少的环节，而厂房作为一种常见的地下建筑类型，其地下空间的开挖过程具有复杂性和不确定性，导致其施工过程中存在一定的风险。
因此，如何准确地预测地下厂房的开挖变形和稳定性，对于提高地下建筑的施工质量和安全性具有重要意义。
二、研究内容本课题旨在利用数值模拟方法，对地下厂房开挖过程进行有限元数值模拟，并研究其变形和稳定性。
具体包括以下内容：1. 建立地下厂房的几何模型和地质模型；2. 利用有限元数值模拟软件，对地下厂房开挖过程进行模拟分析；3. 分析不同开挖方案对地下厂房的变形和稳定性的影响；4. 提出相应的施工措施，以保证地下厂房的安全和稳定。
三、研究方法本课题主要采用有限元数值模拟方法，利用ABAQUS等有限元软件，对地下厂房开挖过程进行模拟分析。
具体步骤包括：1. 建立地下厂房的三维几何模型和地质模型；2. 利用ABAQUS等有限元软件，建立地下厂房的有限元模型，对开挖过程进行数值模拟；3. 分析不同开挖方案对地下厂房的变形和稳定性的影响；4. 提出相应的施工措施，以保证地下厂房的安全和稳定。
四、研究意义随着城市化进程的不断加速，地下空间的开发和利用越来越受到重视。
而地下厂房是一种常见的地下建筑类型，其施工具有一定的风险。
本课题采用数值模拟方法，可以准确地预测地下厂房的开挖变形和稳定性，提高地下建筑的施工质量和安全性。
五、论文结构本论文主要分为引言、研究背景与意义、文献综述、理论分析、数值模拟、结果分析、结论与展望等部分。
其中，引言部分主要介绍本课题的选题背景和研究意义；文献综述主要对国内外地下建筑开挖方面的研究现状进行概述；理论分析主要介绍地下建筑开挖的理论基础；数值模拟部分主要利用有限元数值模拟方法，对地下厂房开挖过程进行分析；结果分析主要对数值模拟结果进行分析；结论与展望部分总结全文，并对未来的研究方向进行展望。
某大断面水利导流洞工程台阶法开挖有限元数值分析
第23卷第2/3期2010年6月常州工学院学报Jour nal of C hangzho u Institute of Techno logyV o l 23 No 2/3Jun 2010收稿日期:2010 05 17作者简介:王庆国(1980 ),男,助教。
某大断面水利导流洞工程台阶法开挖有限元数值分析王庆国(陕西铁路工程职业技术学院,陕西渭南714000)摘要:大断面洞室施工开挖时,常采用台阶法。
文章采用数值计算方法,从位移和力学两方面,对施工开挖进行了数值模拟,揭示了洞室结构的位移和力学特性。
在施工过程中衬砌的适时安装是控制洞室位移收敛的重要因素,故应加强监控量测,适时进行二次支护,以保证围岩的承载能力及自身的稳定性。
关键词:大断面;台阶法;位移;力学特性中图分类号:U455 4文献标志码:A文章编号:1671-0436(2010)02/03-0014-05F i nite E le m ent Nu m erical Analysis of a Certai n Large Cross sectionW ater D iversion Tunnel Excavation by the B ench M ethodWANG Q i n g guo(Sh aanx iRail w ay Instit u t e ,W ei nan 714000)Abst ract :B ench m e t h od is a l w ays used w hen lar g e cro ss section cavern is excavated .In t h is paper ,nu m erica l si m ulation o f excavation pro cess is done ,the displace m ent and m echanical properties o f cav er n structure are rev ea led by apply i n g nu m erica l ca lculati n g m e t h od .Insta lli n g li n i n g duly is an i m po rtant fac t o r that contro ls the disp lace m en t convergence i n the pr o cess of construction ,so strengthening m onitoring m easure m ent and app l y ing secondary support duly shou l d be done to guarantee the beari n g capacity o f surrounding ro ck and its ow n stab ility .K ey w ords :large cr o ss section ;bench m ethod;d isplace m en;t m ec han ica l properties0 引言随着国民经济的飞速发展,土木工程施工技术的提高,断面大于100m 2的地下洞室大量涌出。
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特大断面地下洞室开挖的有限元仿真模拟
摘要：本文以雅砻江上游锦屏一级水电站的右岸导流洞的开挖为例，用弹塑性理论和有限元法相结合的方法，动态模拟了导流洞的开挖过程，得出了各步开挖对围岩位移场和应力场的影响，并且为施工过程中位移和应力监测点的合理布置提供了指导意义。
关键词：导流洞；弹塑性理论；有限元法；动态模拟
1.锦屏一级水电站右岸导流洞工程概况及特点
锦屏一级水电站主要由双曲拱坝(包括水垫塘及二道坝)、右岸泄洪洞、右岸引水发电系统及开关站等建筑物组成，水库总库容为77.6亿m3，电站总装机为6×600MW。
左、右岸各布置一条导流洞，按两岸对称、双弯道、断面相同的方式布置，导流洞由进口闸室、洞身段和出口段组成，洞身为15m×19m(宽×高)城门洞形断面。
右岸导流洞洞身全长为1187.658m，进、出口高程分别为1638.50m、1634.00m。
导流洞进口边坡最大开挖高度89.5m，其中最大垂直开挖高度约44.5 m，出口最大垂直开挖高度约75.5m。
导流洞区出露地层岩性主要为三叠系中上统杂谷脑组第二段(T2－3Z2)大理岩，优势节理裂隙主要有5组：①N15～80°E，NW∠25～45°，层面裂隙；②N50～70°E，SE∠50～80°；③近SN～N30°E，SE∠60～80°；④N60°W～EW，NE(SW)或S(N)∠60～80°；⑤N30～50°W，NE∠60～80°。
另外，导流洞区还存在如下特点(1)岩体自稳定能力差；(2)洞身段处于高地应力区，开挖时容易发生岩爆现象；(3)洞身大部分位于地下水位以下，地下水较为活跃，局部有岩溶现象。
这些特点，增加了导流洞的开挖成形的难度，所以必须对其进行严格的论证，确定合理的开挖方案。
2.开挖过程有限元模拟分析
根据国内外工程施工经验来看，特大断面洞室的开挖一般采用导洞台阶法[1][2]。
先在断面的中部或中上部开挖一个小断面的导洞，然后以此为基础分层扩挖，直到设计轮廓线。
这种方法的优点在于随着开挖的分步进行，围岩有足够的时间进行应力重分布，达到自稳状态，因而施工中比较安全。
导流洞洞身段的开挖顺序示意图见图1，工序1：上层Ⅰ中导洞开挖，开挖尺寸为5.0m×5.0m；工序2：上层Ⅰ扩挖，扩挖至设计开挖轮廓线；工序3：下层Ⅱ1开挖，预留边墙保护层；工序4：下层Ⅱ2开挖，开挖边墙保护层；工序5：底板保护层Ⅱ3开挖，开挖至设计轮廓线。
该5道工序均采用弹塑性理论的平面应变模型计算，
重点考察开挖过程对围岩位移场和应力场的影响[3]。
图1导流洞开挖工序和有限元网格示意图
表1 计算参数
由于导流洞的开挖尺寸为：宽×高＝17m×21m，洞室左右两侧的影响范围为2倍洞宽，下部为1倍洞宽，上覆岩层厚为200m，即模型尺寸为：宽×高＝85m×242m。
3.结果分析
由于岩石材料和开挖状态是非线性的，因此，对工序1～5分别采用Full－Newton法进行非线性分析，得到各工序对围岩的位移场和应力场的影响。
计算结果表明，在导流洞开挖之前，岩体的位移场中各点的水平位移很小，主要表现为竖向位移；主应力场中的大主应力方向与竖向位移的方向相反，表现为压应力。
第一步开挖完成后，围岩的位移场和应力场发生了明显变化：导洞周围的岩体有向洞内移动的趋势，尤其是左右两侧壁，这种趋势更加明显，这与导洞的形状也有关系，主要是由于围岩卸荷发生的回弹效应引起的；同时，导洞周围的岩体的大主应力也发生了显著的变化，角点处的大主应力方向发生了大约45º的偏转，洞顶、洞底及左右边墙附近的岩体的大主应力方向大致与除露面平行，并且在洞周1～1.5倍洞径的范围内发生了一定程度的应力集中现象，距离洞室两倍洞径以外的岩体收到的影响很小，基本能保持原来的状态。
第二步开挖以后，导流洞顶拱和部分边墙基本成型，由于跨度较大，拱顶和边墙向内的位移显著增大，拱顶最大位移为12.3mm，围岩主应力的变化范围也明显加大。
此时，为了抑制顶拱和边墙上部的继续变形，需要采取支护措施，使其应力分布均匀化。
第三步开挖是洞室竖向的临空面成倍增加，减小了边墙抵抗变形的能力，使边墙发生向洞内鼓胀的现象，由于洞室处于高地应力区，甚至会发生剧烈的岩爆
现象或产生平行于边墙面的岩体的薄片状剥离。
同时，由于不规则的洞室断面形状，在边墙底部出现了更高的应力集中。
第四步边墙保护层开挖和第五步底板保护层开挖使洞室的断面形状更加规则，因此围岩主应力分布比较均匀，应力集中的程度有所降低。
4.结论
采用有限元方法对开挖的整个过程进行模拟仿真分析，可以得到围岩位移场和应力场随开挖的变化规律，并且变化范围和洞室的开挖尺寸有关，大约分布在洞径的2倍范围内，距洞室开挖面越近应力分布越集中。
这便于有针对性地布设监测点和初步掌握不良地质现象发生的大体位置和影响范围，能够提高施工的安全效率。
与一般位置的中小型洞室相比，高地应力区的特大断面的洞室的开挖难度更大，程序也更复杂。
在施工过程中，需要实时测量洞室围岩的位移和应力变化情况，并及时反馈给施工单位和监理单位，作出相应的应对措施，避免发生重大安全事故。
本文中的分层导洞台阶开挖方法已经成功用于工程实践，并取得了良好的效果。
针对洞室断面的形状和尺寸及围岩特性，还可采用双侧壁导洞台阶法等。
锦屏一级水电站右岸导流洞的建成为我国大断面、高地应力区的洞室开挖积累了宝贵经验，同时也对今后类似的工程的施工提供了普遍的指导意义。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。