FLAC3D计算隧道作业
基于FLAC3D的高速铁路隧道开挖变形规律研究
基于FLAC3D的高速铁路隧道开挖变形规律研究发布时间：2022-04-19T02:04:48.033Z 来源：《时代建筑》2022年1月中作者：梁晓涛[导读] 隧道开挖时由于其建设环境的特殊性，隧道开挖过程中的变形及应力等变化规律对隧道开挖时的稳定性判断极为重要。
以新建渝昆铁路倪家村隧道为研究对象，研究不同进尺情况下隧道初期支护与二次衬砌的变形与应力情况。
研究表明：拱顶沉降、仰拱隆起、左右拱脚位移及左右边墙位移在隧道开挖后迅速增大，之后增大速率趋于平缓，隧道二衬施作后逐渐趋于平稳；最大拉应力分别位于拱顶与仰拱处；最大压应力分别位于左右拱脚处及右边墙处；当二衬施作完成时，右边墙相对危险，施工时应注意上述位置应力及变形的监测。
中铁上海工程局集团第七工程有限公司梁晓涛摘要：隧道开挖时由于其建设环境的特殊性，隧道开挖过程中的变形及应力等变化规律对隧道开挖时的稳定性判断极为重要。
以新建渝昆铁路倪家村隧道为研究对象，研究不同进尺情况下隧道初期支护与二次衬砌的变形与应力情况。
研究表明：拱顶沉降、仰拱隆起、左右拱脚位移及左右边墙位移在隧道开挖后迅速增大，之后增大速率趋于平缓，隧道二衬施作后逐渐趋于平稳；最大拉应力分别位于拱顶与仰拱处；最大压应力分别位于左右拱脚处及右边墙处；当二衬施作完成时，右边墙相对危险，施工时应注意上述位置应力及变形的监测。
关键词：高速铁路；数值模拟；隧道开挖；变形规律引言近年来，随着我国基础建设的需要，使得高速铁路在西部地区进一步发展，然而我国西部地区山区面积广大，高速铁路建设因为其线形的需要，线路穿山而过，高速铁路隧道建成成为高速铁路修建的必经之路。
隧道开挖时由于其建设环境的特殊性，隧道开挖过程中的变形及应力等变化规律对隧道开挖时的稳定性判断极为重要[1~3]。
对此国内外学者展开大量的研究。
彭鹏等[4]通过现场监测，对隧道围岩变形特征进行详细分析；孙振宇等[5]通过对40座隧道围岩全过程变形进行收集与整理的基础上，得到隧道围岩全过程变形；吴占东等[5]通过对银西高铁惠安堡黄土隧道进行研究，得到隧道围岩变形规律及稳定性发展状况。
FLAC3D在太平梁隧道围岩稳定性中的应用
出围岩在开挖 支护等工序 中的变化 ，所 以被广 泛地应用于 工
程 实 际 当 中 。数 值 分 析 中 同样 可 以通 过 对 围岩 沉 降 量 的对 比 来分析围岩的稳定性。 （ ） 道 在 未 支护 的情 况 下 开 挖 完 全 且 稳 定 后 ， 大 沉 降 １隧 最
（ 者 单位 ： 北 工 业 大 学 土木 工程 学 院 ；０ １ ） 作 河 ２１． ９
量 发 生在 拱 顶 ，经计 算有 １ ．９ Ｏ７ ｍｍ，拱底 最 大 回 弹 量 为
９５ １ ｍｍ。 在 有 支 护 的 情 况 下 ，拱 顶 的 最 大 沉 降 量 降 低 为 ．７ ５ ４０ ９ ｍｍ ， 拱 底 的 回 弹 现 象 也 得 到 缓 解 ， 回 弹 量 降 为 ．０ １
◆考文ｔ
ＦＡ ３ Ｌ Ｃ Ｄ在 太 平 梁 隧道 围岩 稳 定 性 中的应 用
张环 李松
擅 耍 ： 所周知 ， 众 隧道 围岩 的稳 定性 对于 隧道 的开挖 、 正
１ ６５ ， 向 的 下边 界 取 至 距 锚 固体 ２ ０ ．ｍ Ｙ方 ０米 处 即 四倍 的 隧 道 洞 高 ， Ｙ方 向上 边 界 选 取 隧 道 的实 际埋 深 。 同路 段 左 右 幅 而 不
在 实际施工过程 中， 还应结合 实测数 据对施工进行指导。
３ Ｉ 围 岩 双 侧 壁 导 坑 法 的 位 移 分 析 ． Ｖ级 隧 道 围 岩 的沉 降量 由 于 其 容 易被 监 测 ，而 且 能 最 直 观 地 反 应
阶段 还是到隧道开 挖的阶段再到 日后 的使 用阶段都应 予以重 视， 加强 支护 措施 ， 并且 要注意对其 的监测。本文只作 了理论 分 析 ，在具体工程 中还 应结合实 际情 况对围岩进行稳 定性 的
FLAC+3D软件在地铁隧道地震动力响应的应用
的最大频率越高" 网格的尺寸要求越小& 为了保证 同时控制网格尺寸及 地震波在土体中的传播精度" 数量以节约计算时间" 在波形输入之前需要进行滤 波" 把波形中的高频成分滤掉&另外" 对于各个完整 波形" 输入加速度时程积分得到的最终速度和最终 面积均不为 " " 故动力计算过程结束时会在模型底 部出现继续的速度和残余位移" 为此需要进行基线 校正& 8 . ) 4 9 1 8 ) & % 2软件是一款利用惠更斯原理积 ' 分的波处理软件" 可以对加速度时程的 ' 次积分和 !次积分结果进行修正& 本次数值模拟为' 利用 $ $ )年日本阪神地震波" 8 . ) 4 9 1 8 ) & % 2软件将地震波中高于 ) J >的波形成 ' 分过滤掉" 并对加速度时程进行了基线校正& 本文采用从模型底部水平 ! 方向和竖直 ! =# 9# 方向同时加载&经滤波和校准的水平向' 竖直向地震 波如图'和图 ! 所示&水平向地震波峰值为 " " &M" 竖直向地震波峰值为" " 作用时间为 & " !M ! " 4
A 4 : FD H 软件 !?
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FLAC3D3.0在某隧道工程开挖支护中的应用
FLAC3D3.0在某隧道工程开挖支护中的应用FLAC3D计算优势FLAC3D (Fast Lagrangian Analysis of Continua in 3 Dimensions)是由美国Itasca Consulting Group Inc开发的三维显式有限差分法程序，该程序采用“混合离散化”(mixed discretization)技术，更为精确和有效地模拟计算材料的塑性破坏和塑性流动。
它全部使用动力运动方程，较好地模拟系统的力学不平衡到平衡的全过程。
目前该软件在国内、外已被广泛应用于工程地质、岩土力学以及构造地质学和成矿学等研究领域。
FLAC3D包含了10种弹塑性材料本构模型，其中包括1个空洞模型，3个弹性模型及6个塑性模型。
同时它还包含静力（Static Analysis）、动力（Dynamic Analysis）、蠕变（Creep Material Model）、渗流（Fluid-mechanical Interaction）及热力学（Thermal Option）5种计算模式，各种模式间可以相互“耦合”，以模拟各种复杂的工程力学行为。
FLAC3D可以模拟多种结构形式，如岩体、土体或其他材料实体，梁（Beam）、锚元（Cable）、桩（Pile）、壳（Shell）以及人工结构如支护、衬砌、锚索、岩栓、土工织物、摩擦桩、板桩等。
另外，FLAC3D 设有界面单元（Interfaces），可以模拟节理、断层或虚拟的物理边界等[2]。
FLAC3D 软件已成为工程技术人员较为理想的三维计算分析工具。
FLAC3D计算缺点：由于没有一个类似autocad程序简洁可视化的建模操作程序，相比2d-σ、3d-σ、Ansys等数值模拟软件，用FLAC3D直接建立模型比较困难，一般情况下要么开发一个flac建模的前处理程序，要么从Ansys中建模，然后将节点和单元信息导出，根据flac建模的命令流格式将这些节点和单元信息改写。
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。
某隧道在锚喷支护下的FLAC3D数值分析
[1]陈育民，徐鼎平.FLAC/FLAC3D基础与工程实例[M].北京：中国水利水电出版社，2013.6
[2]刘波，韩彦辉编著FLAC原理实例与应用指南[M]北京：人民交通出版社2005
[3]王钜白石河2号隧道围岩分级与稳定性分析[D]，[硕士学位论文].南昌：华东交通大学2008
作者简介：
（3）为防止拱底围岩底鼓，应即时进行支护。在选择支护措施上要根据围岩类别合理使用，尽量发挥不同支护措施的优势，在较低的成本下保证围岩的稳定性。
数值计算表明：在隧道开挖后应力场发生调整，围岩向隧道内收敛发生一定的变形，围岩发生适度的变形以释放部分应力，不致支护结构上的应力水平大幅度提高。软质岩体，隧道开挖后即使在支护条件下围岩都有不同程度的塑性变形出现。。计算分析表明，锚杆对限制围岩发生大变形效果显著，喷层对限制围岩张性破坏效果明显。随着支护措施的加强，塑性破坏区的范围明显减小；围岩整体上保持稳定。
其中：E为弹性模量、μ为泊松比。如表1所示。
2.4支护材料参数的确定
根据该隧道施工设计图纸提供的隧道支护方式：初期支护为锚喷支护，二次衬砌为模筑混凝土衬砌。在数值计算中，采用衬砌单元（shell）模拟喷射混凝土，衬砌厚为10cm。用锚索单元（cable）模拟锚杆的支护，锚杆长3.0m，锚杆间距为1.5m。锚杆及衬砌的力学参数见下表2。
3.1开挖支护后的计算结果
4.总结
（1）从图中可以看到，支护后塑性区明显比未支护的情况小了很多，支护后围岩的受力情况得到改善，竖直位移和水平位移都减少了。在位移曲线中可以明显的看到一个转折点，这是在施加初期支护后对围岩变形的限制，阻止了围岩的进一步变形所致。
（2）对软弱破碎围岩开挖后必须及时支护，如果支护不及时则使围岩物理力学性质恶化、松弛范围扩大，将造成围岩大变形、塌方等严重后果。从隧道开挖初期后的整体安全情况来看，拱肩处为最不稳定区域，其次为拱脚和拱顶[3]。
利用Flac3D软件的摩尔库伦弹性本构体对深埋隧道进行水力耦合计算分析
利用Flac3D软件的摩尔库伦弹性本构体对深埋隧道进行水力耦合计算分析摘要：本文作者结合工作经验，介绍采用有限差分法及相关计算软件对深埋隧道的管口边缘的水土应力进行定量分析，从而可以采用有效的设计方案和施工技术，控制隧道的变形，取得理想效果，同时降低了成本，缩短工期。
关键词：深埋隧道；有限差分；水力耦合；1Flac 3D 程序求解图1为某深埋隧道的截面图，为简化计算步骤，假设模型为不加衬砌不考虑自重的深埋圆形隧道, 其条件为：（图1）1）地质条件：围岩弹性模量为= 2.e8Mpa，珀松比为= 0.15，岩体的透水性k = 1.e-19m/s, 比奥系数Biot_c = 1，岩石孔隙率w=0.1;2）山体应力状态：假设各个方向初始应力状态相同SZZ = SXX = - 1.e7 KN，地下水压力各个方向相同PP = - 4.e6 K；外荷载为竖直方向SZZ = - 1.e7 KN。
3）隧道的半径为r = 2m。
图1 深埋隧道剖面示意图根据以上的条件，对隧道在地应力及地下水共同作用下，进行水力耦合状态分析，并通过计算分析隧道孔边的水土应力分布。
1.1有限差分模型建立Flac 3D软件提供多种几何模型，在本例中应用„ Radcylinder “ 几何模型，在网格划分的问题上，考虑到主要分析的方向X与Z方向，且外荷载为Z 方向，因此网格划分为4*1*12*24。
（注：网格的划分影响输出结果的精度及分布云图，一般按照1:3:6的比例进行划分最优）1.2材料参数的设定Flac 3D 中提供多种本构模型，在本例中应用摩尔库伦弹性模型。
需输入的参数包括弹性模量、珀松比、摩擦角、孔隙率、透水性、粘聚力以及减涨角。
1.3FISH语言的编写FLAC 3D主要通过FISH语言执行命令，一般需要用户定义几何模型、物理参数、模型的边界条件以及外部荷载，然后通过模型计算命令，最后导出计算结果。
在本例中，我们需要计算出地应力及地下水应力的共同作用结果。
多心圆隧道用FLAC3D直接建模的方法
多心圆隧道直接用FLAC3D建模丁其乐2013/6/18多心圆隧道模型使用FLAC3D建模的难点在于FLAC3D中并没有以不规则曲线为边界的原始3D基本网格，隧道的断面图见图一O4图一隧道内轮廓线是由多个圆弧做成的，所以内部区域模型只能通过3D基本网格拼接而成，这时我想到了使用cylinder（圆柱体形网格）拼接，但是这个圆弧的圆心并不是一个点，怎么办？这时我想到了通过fish来调整圆心位置，使得各圆弧的圆心都调整到O1位置，同时又要保证各圆弧的圆弧线不变，且内部网格点的相对位置不变。
下面我以一个简单的例子来说明我调整的过程：O1O2M1M2A B图二在图二中圆弧O1AB 的圆心为O1，圆心坐标为（X1,Z1）,现在通过坐标调整把圆弧O1AB 所占区域调整到O2AB（如上图所示），O2的坐标为（X2，Z2），同时O1A上面一点M1，调整之后在O2A上为M2。
A和M1的坐标分别为A(Ax,Az)和M1(M1x,M1z)。
设：|11||1|O M k O A =（1） '|1|1|1|M A k k O A ==- （2） M2的坐标为M2x,M2y则： '21(21)M x M x k O x O x -=- （3）'21(21)M z M z k O z O z -=- （4）由（3）、（4）就以求出来M2的坐标。
下面用一个简单的例子说明实现代码。
newtitle调整圆弧区域到指定位置;定义参数def para;O1的平面坐标O1x=-2.9O1z=0;O2的平面坐标O2x=0O2z=0r1=5.9 ；O1的半径a1=0*degrad ;A 点与X 轴的夹角a2=30*degrad ;B 点与X 轴的夹角;A B 点的坐标Ax=r1*cos(a1)+O1xAz=r1*sin(a1)+O1zBx=r1*cos(a2)+O1xBz=r1*sin(a2)+O1zendpara;生产模型gen zo cyl p0 (O1x,0,O1z) p1 (Ax,0,Az) p2(O1x,1,O1z) p3(Bx,0,Bz) size 4 1 6 group '调整' gen zo cyl p0 (O1x,2,O1z) p1 (Ax,2,Az) p2(O1x,3,O1z) p3(Bx,2,Bz) size 4 1 6 group '原始';为了对比而建;调整节点位置def dingpg=gp_headloop while gp_group(pg,1) = '调整'xx=gp_xpos(pg)zz=gp_zpos(pg)k=sqrt((xx-O1x)^2+(zz-O1z)^2)/r1k1=1-kgp_xpos(pg)=k1*(O2x-O1x)+xxgp_zpos(pg)=k1*(O2z-O1z)+zzpg=gp_next(pg)end_loopenddingpl bl gr结果图三图三从图中可以看出来两个区域的圆弧线完全一样，但是圆心和对应的节点已经调整到了我们想要的位置。
基于FLACK_3D_的隧道监测数值模拟
才能提高山区交通工程施工质量的基础。因为山区公路的 桥梁施工要根据施工环境的特殊情况进行施工方式的选择， 遇到施工工程处在河流的正中央，面对水流冲击力大压强 大的现实时，要采取钻孔的方式进行挖孔桩的施工，通常 情况下的桥孔灌注方法才能将山区高速公路的质量进行稳 定［4］。所以在进行该路段的高速公路施工中，施工人员要 注意认清工程基底的含水量、深度以及长存杂物，杜绝水 量压强过大产生的断桩情况，另外混凝土材料灌注时要保 持其连续性和稳定性，进而实施施工方法的选择，确保混 凝土的坚固度。
Abstract： Based on the Xi Shi Po tunnel，according to the tunnel excavation and supporting sequence，analysis of monitoring data，using FLAC3D numerical simulation of tunnel excavation and supporting process． Analysis results show that the numerical simulation are in good agreement with informatization construction monitoring data，the selection of soil parameter is reasonable，the numerical simulation method is correct，for the deformation forecast of the similar tunnel engineering and providing reference for design．
%2%%0%1%%4年 第 5 期
《隧道及地下工程FLAC解析方法》全部命令流汇总
《隧道及地下工程FLAC解析方法》全部命令流汇总隧道及地下工程FLAC解析方法是一种用于模拟隧道和地下工程行为的计算程序。
它可以对不同条件下的隧道和地下工程进行分析和优化设计。
以下是隧道及地下工程FLAC解析方法的全部命令流汇总：1.开始命令：FLAC-这个命令启动了FLAC程序，告诉计算机将要运行隧道及地下工程FLAC解析方法。
2.模型概况命令：MODELDIMENSION-这个命令设置了模型的维度，可以是2D或3D，具体取决于模型的需求。
3.材料定义命令：MAT-这个命令定义了隧道或地下工程中使用的材料的参数，如弹性模量、泊松比、摩擦角等。
4.边界条件命令：BOUNDARY-这个命令设置了模型的边界条件，包括加载、固定或自由应力等。
5.网格设置命令：GRID-这个命令定义了模型的网格，并且可以对网格进行细分或剖分，以适应复杂的地质条件。
6.初始条件命令：INITIAL-这个命令设置了模型的初始条件，如应力、位移或速度。
7.应力平衡命令：STRESS/EQUILIBRIUM-这个命令用于检查模型中的应力平衡情况，并调整模型的参数以满足平衡要求。
8.载荷应用命令：LOAD/APPLY-这个命令指定了要应用到模型中的加载条件，可以是恒定载荷、动态载荷或变化载荷。
9.运行命令：RUN-这个命令启动了模型的运行，并进行了迭代求解以得到模型的响应。
10.取样命令：SAMPLE-这个命令用于对模型中的节点或单元进行采样，以获取特定时间或位置的应力、位移或应变等信息。
11.结果输出命令：PLOT-这个命令用于设置结果的输出方式，可以选择输出为图形、数据文件或报表的形式。
12.模型评估命令：EVALUATE-这个命令用于对模型的结果进行评估，可以比较不同模型或不同条件下的结果。
13.结束命令：END-这个命令结束了FLAC程序的运行。
以上是隧道及地下工程FLAC解析方法的全部命令流汇总，通过这些命令可以对隧道及地下工程进行模拟和分析，得到相关的结果和优化设计。
FLAC3D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gen zone radcyl p0 0 0 0 p1 30 0 0 p2 0 1 0 p3 0 0 30 size 10 1 10 30 dim 5 5 5 5 ratio 1 1 1 1 group outsiderock ;右上圆形部分围岩gen zone cshell p0 0 0 0 p1 5 0 0 p2 0 1 0 p3 0 0 5 size 1 1 10 10 dim 4.9 4.9 4.9 4.9 rat 1 1 1 1 group concretliner fill group insiderock ;右上半圆衬砌gen zone radtun p0 0 0 0 p1 0 0 -30 p2 0 1 0 p3 30 0 0 size 10 1 10 30 dim 5 5 5 5 ratio 1 1 1 1 group outsiderock ;右下矩形部分围岩gen zone radtun p0 0 0 0 p1 0 0 -5 p2 0 1 0 p3 5 0 0 size 10 1 10 1 dim 4.9 4.9 4.9 4.9 ratio 1 1 1 1 group concretliner ;右下矩形部分衬砌gen zone brick p0 0 0 -4.9 p1 add 4.9 0 0 p2 add 0 1 0 p3 add 0 0 4.9 size 10 1 10 ratio 1 1 1 1 group insiderock ;隧道内部gen zon reflect dip 90 dd 90 orig 0 0 0 ;关于z轴对称plot block groupplot add axes blacksave jianmo.sav（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。
FLAC3D计算隧道作业
FLAC3D计算隧道作业隧道是为了解决交通运输和城市建设中的需求而建造的一种地下通道，其作业过程中需要考虑地质、土壤力学、结构力学等多方面的因素。
FLAC3D是一种流行的三维数值计算软件，可用于对隧道作业进行模拟和分析。
本文将详细介绍如何使用FLAC3D计算隧道作业，并讨论其在工程实践中的应用。
首先，我们需要准备隧道作业的几何参数和材料参数。
几何参数包括隧道的长度、宽度、高度，以及隧道周围的土体情况；材料参数包括土体的密度、弹性模量、剪切模量等。
在FLAC3D中，可以通过创建网格来建立隧道和土体的模型。
隧道可以用块体来表示，土体可以用网格来表示。
通过设置适当的边界条件和加载条件，可以模拟出隧道作业中的各种情况，如地表荷载、地震荷载、隧道开挖、支护结构施工等。
接下来，我们需要定义土体的本构模型。
这是非常重要的一步，因为土体的本构模型决定了其力学性质。
在FLAC3D中，常用的土体本构模型有弹性模型、弹塑性模型、模型等。
然后，我们可以设置隧道开挖的步骤和加载条件。
隧道开挖是一个动态过程，可以通过多次迭代来模拟。
在每一次迭代中，可以计算出土体的变形、应力分布、位移分布等。
加载条件可以包括地表荷载、自重荷载、支护结构施工荷载等。
在模拟过程中，可以对土体的应力、应变、位移等进行监测和分析。
通过分析模拟结果，可以评估隧道作业对土体的影响，并确定适当的支护措施。
最后，我们可以对模型进行后处理，包括绘制应力云图、位移云图、应变云图等，以及计算土体的稳定性和安全系数。
FLAC3D是一种强大的数值计算软件，可以用于对隧道作业进行模拟和分析。
通过对隧道作业的计算，可以评估隧道作业对土体的影响，并确定适当的支护措施。
在工程实践中，FLAC3D已被广泛应用于地铁隧道、公路隧道、水利隧道等工程的设计和施工过程中。
它不仅提高了工程师的计算效率，还提高了隧道的安全性和可持续性。
FLAC3D实例分析教程2
FLAC3D实例分析教程2FLAC3D实例分析教程2实例说明：在一个地下隧道工程中，我们需要分析围岩的稳定性。
隧道的尺寸为10mx6mx20m，围岩由砂岩组成，其物理特性如下：- 密度：2.5g/cm³-弹性模量：40GPa-泊松比：0.25我们将在FLAC3D中建立一个三维模型，并进行围岩的稳定性分析。
步骤1：建立模型在FLAC3D中，首先需要创建一个新的项目文件。
点击“File”-“New”-“Project”来创建一个新的项目文件，并保存为适当的文件名。
然后，点击“Grid”-“Generate”来生成一个新的网格。
在对话框中，输入隧道的尺寸，并选择合适的网格密度。
点击“Apply”来生成网格。
步骤2：定义围岩属性在FLAC3D中，可以通过定义不同的材料属性来模拟不同的岩石类型。
点击“Model”-“Material”-“New”来定义一个新的材料，并设置其物理特性。
在对话框中，输入材料的密度、弹性模量和泊松比。
点击“OK”来保存材料属性。
步骤3：生成围岩在FLAC3D中，可以通过定义不同的围岩属性来模拟围岩中的不同部分。
点击“Grid”-“Approval”来选择需要定义材料的单元，并在对话框中选择刚刚定义的材料。
点击“Apply”来应用材料属性。
步骤4：施加边界条件在FLAC3D中，可以通过定义不同的边界条件来模拟不同的荷载情况。
在本实例中，我们将施加一个围压荷载，并固定隧道的底部。
点击“Model”-“Boundary Condition”来定义边界条件。
在对话框中，选择围压荷载并输入荷载大小。
点击“Apply”来应用边界条件。
步骤5：运行模拟在FLAC3D中，可以通过点击“Model”-“Run”来运行模拟。
在运行模拟之前，可以选择运行的时间步长、计算方法和收敛准则。
点击“OK”来开始运行模拟。
步骤6：结果分析在FLAC3D中，可以通过查看不同的结果图来分析模拟结果。
点击“Post”-“Plot”来选择需要查看的结果图，并选择合适的结果类型。
基于FLAC3D的高速公路隧道两种开挖方式稳定性分析
基于FLAC3D的高速公路隧道两种开挖方式稳定性分析采用数值计算对高速公路隧道施工过程进行分析，得到了施工过程中围岩的变形和支护结构的受力状态。
结果表明，随着开挖的推进，中隔墙上部以及洞侧壁处围压变形和应力较为集中，易产生相关地质灾害。
所以，在相关工程施工过程中应该对以上部位进行高质量的支护防灾。
对于底部在中墙位置隆起较为严重，所以应该加强此处的加固措施，条件允许是可开挖较深施做浅基础。
标签：隧道；围岩；数值计算1 概述近年来，随着经济建设及基础设施的快速发展，我国对于高速公路的需求越为强烈。
为更好的选线施工，减少施工期间地质灾害的威胁，方便施工以及满足交通需求，必须开山造路或者凿洞通路，这也就面临隧道开挖相关复杂地质问题。
目前，山岭隧道越来越多，比如川兰铁路的山岭隧道占到了线路总长的一半，而山岭隧道所遇到的围岩复杂多变，构造运动影响强烈，隧道断面的跨度也越来越大，所以不同的断面形式在一定方面适应复杂地区隧道的开挖。
随着开挖期间的多期次开挖扰动使得岩体强度明显减弱，岩体破碎严重，其自身稳定性明显降低，同时也造成后期施工难度加大，软弱夹层地带更为明显，易产生类型及机制较为复杂的地质灾害。
本文在基于FLAC数值软件的计算下，主要对Ⅵ级围岩下的大跨度隧道在不同的开挖方式下其对应围岩稳定性进行对比分析研究。
2 计算方案2.1 计算模型某隧道长约270m，围岩为Ⅴ、Ⅵ级，开挖跨径最大为37.0m，埋深最大为75m。
研究区地貌主要为侵蚀山地和剥蚀山地，地层岩性主要为人工填土、碎石、粉砂泥质岩和泥岩组成，隧道入口所出露岩性为残破积亚粘土夹碎石。
整个隧道橫穿山岭地带，且隧道入口比较陡峭，坡度角约为50°，隧道出口较入口比较缓，坡角约30°。
以隧道入口所出露岩性为研究对象，运用FLAC3D软件建立三维地质及结构模型（见图1）。
由于数值模型的建立必然会受到边界效应的影响，所以在所建模型之时，将模型埋深取为48.5m，隧道左右内壁距模型边缘均为50m，沿隧道垂直走向方向长度为120m，隧道内壁顶部距底部边界为40m，沿隧道走向方向长度为10m。
基于flac3d的某地铁隧道横断面开挖变形规律研究
中州大学学报
２０２０年 ４月
Ｖｏｌ．３７ Ｎｏ．２
ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＺＨＯＮＧＺＨＯＵ ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ
Ａｐｒ．２０２０
基于 ＦＬＡＣ３Ｄ的某地铁 隧道横断面开挖变形规律研究
杨 坦１，２，陈雅君２，仇亚伟１，３，蒋亚龙１，２
（１．建筑结构安徽省普通高校重点实验室（安徽新华学院），安徽 合肥 ２３００８８；２．安徽新华学院 土木与 环境工程学院，安徽 合肥 ２３００８８；３．安徽建工集团第三建设公司，安徽 合肥 ２３００１１）
摘 要：为了分析地铁隧道横断面开挖变形规律对地铁施工安全的影响，本文以合肥地铁某隧 道开挖工程为案例，采用 Ｆｌａｃ３Ｄ软件对地铁隧道开挖过程进行模型构建，系统地研究了隧道开挖过 程中产生的 土 体 变 形 规 律。模 拟 结 果 表 明：与 不 采 取 支 护 相 比，初 期 支 护 后 拱 顶 变 形 减 少 了 １．１４ｃｍ，底部位移增加了 １．２３ｃｍ。这与地铁隧道横断面变形监测的数据情况基本吻合，说明数值模 型正确，其计算结果具有参考价值。
本隧道施工区间沿着包公大道，是一段公路隧 道，地段相对繁华，施工线路周边有中海滨湖公馆、 金斗公园等，地形相对平整。
根据数据收集资料，各个岩层土体性质如下：
收稿日期：２０２０－０２－２１ 基金项目：建筑结构安徽省普通高校重点实验室（安徽新华学院）开放研究项目（ＫＬＢＳＺＤ２０１９０４）资助 作者简介：杨坦（１９８７—），男，安徽合肥人，硕士，安徽新华学院土木与环境工程学院讲师，主要从事建筑安全管理和系统 预测研究。 通讯作者：蒋亚龙（１９７８—），男，江苏盐城人，博士，安徽新华学院土木与环境工程学院教授，主要从事建筑火灾探测研究。
密，湿润，主要矿物成分为石英、云母等，易碎，风化
FLAC3D隧道耦合实例
z=Om)。
分了7层土，给定初始条件的代码如下:config fluid A/ N( J8 c' l5 m; ~& z' P(建模过程省) . M7 P8 p6 S3 q8 c4model fl_isotropicprop perm 1e-12 poro 0.48 range z 9.112.3~7~$6p-h%|prop perm 1e-12 poro 0.55 range z -0.9 9.1 prop perm 1e-12 poro 0.5 range z -7.4 -0.9 prop perm 1e-12 poro 0.5 range z -11.4 -7.&u7S4~*|6n;S;c"cv"|Uprop perm 1e-12 poro 0.45 range z -18.4 -11.4prop perm 1e-12 poro 0.45 range z -30.4 -18.4ini fdens 1 e3:Y/b,u2 Y1 Y% i' cini fmod 8.5e7/R9 b7 a1 d* w " H) Y) aini sat 0 range z 12.6 15.1 ini sat 1 range z -30.4 12.62Q"e,q:|!n'Lini pp 0 grad 0 0 -1e4 range z -30.4 12.6'?'Q7k?6M7Q/h' hfix pp range x -.1 .1fix pp range x 39.9 40.1fix pp range y -.1 .1!b&R$ d* J @! C) X- Efix pp range y 119.9 1 20 . 14R+w6m8 B8 O- S, m+ {" B7 C8 m7 afix pp range z 12.5 12.7$M-V/~&N# s: vfix pp range z -30.5 -30.3;material mecha nic parameter'smodel mohr#g0V% u6 W, b. % f& }def derive+J:@6 d- I) F9 us_mod1=E_mod1/(2.0*(1.0+p_ratio1))b_mod1=E_mod1/(3.0*(1.0-2.0*p_ratio1))s_mod2=E_mod2/(2.0*(1.0+p_ratio2))b_mod2=E_mod2/(3.0*(1.0-2.0*p_ratio2))s_mod3二E_mod3/(2.0*(1.0+p_ratio3))•b_mod3二E_mod3/(3.0*(1.0-2.0*p_ratio3))s_mod4=E_mod4/(2.0*(1.0+p_ratio4))/}0 ]3 y/ H c: d; b3 h( qb_mod4=E_mod4/(3.0*(1.0-2.0*p_ratio4))s_mod5=E_mod5/(2.0*(1.0+p_ratio5))b_mod5=E_mod5/(3.0*(1.0-2.0*p_ratio5))s_mod6=E_mod6/(2.0*(1.0+p_ratio6))b_mod6=E_mod6/(3.0*(1.0-2.0*p_ratio6))s_mod7=E_mod7/(2.0*(1.0+p_ratio7))"{5 T/ R7 |, e) bb_mod7=E_mod7/(3.0*(1.0-2.0*p_ratio7))end (S/yset E_mod1=2.40e6 p_ratio1=0.25E_mod3=11.0e6 p_ratio3=0.25 &E_mod6=9.25e6 p_ratio6=0.22 &,X)zi* y E_mod7=12.40e6 p_ratio7=0.2deriveprop bulk b_mod5 shear s_mod5 cohe 18.0e3 fric 18.0 ten 55.398e3 range z 12.6 15.1prop bulk b_mod3 shear s_mod3 cohe 6.3e3 fric 21.0 ten 16.412e3 range z 9.1 12.6prop bulk b_mod1 shear s_mod1 cohe 13.2e3 fric 10.0 ten 74.861e3 range z 0 9.1)F%|6b7?,prop bulk b_mod1 shear s_mod1 cohe 13.2e3 fric 10.0 ten 74.861e3 E_mod2=5.0e6 p_ratio2=0.30 E_mod4=8.5e6 p_ratio4=0.25E_mod5=11.5e6 p_ratio5=0.27range z -0.9 0prop bulk b_mod2 shear s_mod2 cohe 15.3e3 fric 10.0 ten 86.771e3 range z -7.4 -0.9. Q* I5 S$ H2 x [prop bulk b_mod4 shear s_mod4 cohe 22.0e3 fric 20.0 ten 60.445e3 range z -11.4 -7.4&Q"o.d&W!n;q7 [7 Z4 x5 }prop bulk b_mod6 shear s_mod6 cohe 3.0e3 fric 25.0 ten 6.434e3 range z -18.4 -11.4prop bulk b_mod7 shear s_mod7 cohe 3.0e3 fric 25.0 ten 6.434e3 range z -30.4 -18.4;boundary conditions"Q# Z9 {% C7 Q $ ffix x range x -0.1 0.1fix x range x 39.9 40.1fix y range y -0.1 0.10N, A, u5 A( V& A/ ?. c( v" Jfix y range y 119.9 120.1fix x range z -30.5 -30.3…fix y range z -30.5 -30.3 # P8 F4 m8 X" \$ Nfix z range z -30.5 -30.3"m!L3g% }7 v$ Y$ V3 _interface 1 prop kn 3e9 ks 1e9 fric 20 coh 3e5interface 2 prop kn 3e9 ks 1e9 fric 20 coh 3e5;stress conditions;w(a3b-Z(P:x. {1 O' ]7 [, Kset grav 0 0 -10)W6j1h*}- ini dens 1.87e3 range z 12.6 15.1ini dens 1.87e3 range z 9.1 12.(K62F;l2e%v(}"X)r)|ini dens 1.76e3 range z 0 9.1$B9g3M1A ]! Eini dens 1.76e3 range z -0.9 0ini dens 1.84e3 range z -7.4 -0.! 9e&g9O;U-g7h;B8j4cini dens 2.0e3 range z -11.4 -7.24u%M"|;n2K0~8 ~7 Yini dens 1.89e3 range z -18.4 -11.4ini de ns 1.93e3 range z -30.4 -18.4ini szz -28.237e4 grad 0 0 1.87e4 range z 12.6 15.1 ini szz -28.237e4 grad 0 0 1.87e4 range z 9.1 12.6 ini szz -27.236e4 grad 0 0 1.76e4 range z 0 9.1ini szz -27.236e4 grad 0 0 1.76e4 range z -0.9" X+ M9 h/ }' m0(Zini szz -27.164e4 grad 0 0 1.84e4 range z -7.4 -0.9 ini szz -25.98e4 grad 0 0 2.0e4 range z -11.4 -7.4 ini szz -27.234e4 grad 0 0 1.89e4 range z -18.4 -114o5Z.!U-J-H$m4 ini szz -26.498e4 grad 0 0 1.93e4 range z -30.4 -18.4ini sxx -28.237e4 grad 0 0 1.87e4 range z 12.6 15.1 ini sxx -28.237e4 grad 0 0 1.87e4 range z 9.1 12.!p%c.D 6d3p!G7C0 z9 L ini sxx -27.236e4 grad 0 0 1.76e4 range z 0 9.1 ini sxx -27.236e4 grad 0 0 1.76e4 range z -0.9 , i' q8 l" c.0h$n.e;N ini sxx -27.164e4 grad 0 0 1.84e4 range z -7.4 -0.!Q;r:M:9Ji ini sxx -25.98e4 grad 0 0 2.0e4 range z -11.4 -7.4 ini sxx -27.234e4 grad 00 1.89e4 range z -18.4 -11.4 ini sxx -26.498e4 grad 0 0 1.93e4 range z -30.4 -18.4ini syy -14.905e4 grad 0 0 9.871e3 range z 12.6 157V..K"}2h7}/1s9W ini syy -13.597e4 grad 0 0 8.833e3 range z 9.1 12.6 ini syy -16.834e4 grad 0 0 1.239e4 range z 0 9.1 ini syy -16.834e4 grad 0 0 1.239e4 range z -0.9 0 ini syy -16.783e4 grad 0 0 1.296e4 range z -7.4 -0.4h.q!E9-~$]$D"K6q ini syy -19.117e4 grad 0 0 9.806e3 range z -11.4 -7.4;U-R)U5J;B!nv2D ini syy -21.550e4 grad 0 0 7.672e3 range z -18.4 -11.3_,z6_-H- 4@5d9f3] ini syy -21.252e4 grad 0 0 7.834e3 range z -30.4 -18.4(取控制点省) 4 Q/ a'h" K) |9 j2 S! tsolvesave iniconditions.sav初始平衡后的PP 如下图。
基于FLAC3D软件求解隧道衬砌强度安全系数的方法
在隧道施工模拟中，我们往往采用三维实体单元模拟隧道衬砌，这有其优点，利用三维实体单元能够更好的模拟隧道衬砌与围岩之间的相互作用，然而却给后处理造成了一定麻烦。
计算得到的实体单元应力往往不能非常直观的反应衬砌的工作状态及安全性，同时也给二次衬砌结构配筋计算造成了一定的困难。
基于上述原因，为了更好地利用实体单元模拟衬砌，并且能够得到直观的计算结果，本文利用FLAC3D 内嵌FISH 语言，编制了FISH 函数，进行二次开发，根据计算得到的实体单元的应力，经过一定处理得到衬砌的弯矩、轴力及安全系数，使衬砌内力更加直观，为评价衬砌的安全性提供了定量数据。
4.4.1 衬砌弯矩、轴力及强度安全系数计算方法1、 衬砌弯矩、轴力计算方法考虑到一般衬砌的厚度都比较薄，特别是初期支护，一般只有20cm 左右，在数值模拟过程划分为两层单元已经可以满足计算要求，因此本次计算以衬砌划分为两层单元为例求解。
在计算求解之前有必要介绍一下FLAC3D 三维实体单元应力特点：如图4-4所示，FLAC3D 计算得到的单元应力，反应的是其单元质心点的应力状态，也就是说其单元质心点的应力是精确的，正如有限元计算中高斯点的应力是精确的一样，而单元边界上的应力则是由外推得到，存在一定的计算误差，因此在提取单元应力，编制FISH 函数时仅利用实体单元质心处的应力及其它参数。
图4-4 FLAC 单元质心受力图由FLAC3D 求得衬砌单元应力后，读取衬砌同一截面上两个单元质心的应力及坐标，在衬砌各单元质心应力分量已知的情况下，对于等厚度衬砌，可以按照下述方法求解计算衬砌通过两个对应单元质心的截面上的法向应[33]，设已知两个对应单元质心及其坐标：质心1（x 1,y 1）, 质心2（x 2,y 2）,则通过这两个单元质心的衬砌截面与竖直面之间的夹角 2121arctan x x y y α-=- （4-4） 在所论截面上各个质心点对应的法向应力n σ可按下式计算：22cos sin sin 2n x y xy σσθσθσθ=++ （4-5）式中： x σ、y σ、xy σ —所论质心点的应力分量θ—所论截面的外法线与x σ之间的夹角，以逆时针方向为正，且θα=- 设两个质心点上的法向应力按上式算出且分别为1n σ和2n σ，假定两单元之间法向应力按线性分布，则截面的外边缘法向应力可按下式计算：1212122n n n n σσσσσξ++=+ （4-6） 1212222n nn n σσσσσξ++=- （4-7） 其中对于衬砌划分为两层单元而言，0.5ξ=在已求得截面边缘应力值1σ和2σ的情况下，根据材料力学压弯组合计算公式，可推出所论截面上的弯矩和轴力的计算表达式为：12212M bh σσ-= （4-8） 122N bh σσ+= （4-9） 式中： b 、h —所论截面的宽度和厚度（通常情况下b 取1m ）对于衬砌划分为三层或更多层单元的计算，我们仅仅提取最内层和最外层单元的应力，并且假设所论截面上的法向应力按线性分布，经简化后其求解方法同上。
FLAC共享一个隧道模拟计算的例子
共享一个隧道计算的例子首先给出参数*]%Jts!s-C-lNr;问题描述考虑圣维南原理,取周围岩土的尺寸维隧道尺寸的5~6倍,此处取为15m;_D)P ?,g].v;初衬C50管片外径3.0m，内径2.7m，C50,E＝34.5GPa，V＝0.167, F.dX y/`(|;二衬外径2.7m，内径2.3m,C30,E＝30GPa，V＝0.167（二衬先不考虑）-Nhe)G O!z3I;粘质粉土，4.8m，φ＝26°，重度＝19，c＝11KPa，变形模量＝10MPa;中细纱，1.7m，φ＝28°，重度＝20，c＝0KPa，变形模量＝13Mpa"G[-qmk/pv+D-?"z#V9g$P)^ BZ;问题描述考虑圣维南原理,取周围岩土的尺寸维隧道尺寸的5~6倍,此处取为15m;初衬C50管片外径3.0m，内径2.7m，C50,E＝34.5GPa，V＝0.167,;二衬外径2.7m，内径2.3m,C30,E＝30GPa，V＝0.167;粘质粉土，4.8m，φ＝26°，重度＝19，c＝11KPa，变形模量＝10MPa @O:Q1r5Y1C e;中细纱，1.7m，φ＝28°，重度＝20，c＝0KPa，变形模量＝13Mpa%_-?6L&D Zi0c n;--------------------------------前处理--------------------------------------title '沉降计算'plot set title text 'chenjiang'-{x0Ah?U*~plot set rotation 20 0 30 -| E3gCX3dplot set center 0 0 5E c0`(z8[P H"kplot set dist 300plot set mag 0.8plot add surface green H:y*MU2s6}aplot add axes6C u ]-`Z'qu;x4I6N {-k {plot show;----------------------------------建立模型---------------------------------$^fo C$EI?@Hgen zone radcyl p0 0 0 0 p1 4.7 0 0 p2 0 50 0 p3 0 0 4.7 &size 10 30 10 4 dim 3 3 3 3 group tunnel9m8X!a(ibpvD-Ogen zone brick p0 4.7 0 0 p1 18 0 0 p2 4.7 50 0 p3 4.7 0 4.7 &size 10 30 5 group brick1gen zone cshell p0 0 0 0 p1 3 0 0 p2 0 50 0 p3 0 0 3 &dim 2.7 2.7 2.7 2.7 size 1 30 10 6 group segmentgen zone cylinder p0 0 0 0 p1 2.7 0 0 p2 0 50 0 p3 0 0 2.7 &"n'y@ mu'k4F)`#{+JZtsize 6 30 10 group cygen zone reflect ori 0 0 0 norm 0 0 -1 range z 0 4.7"nLBJS:y\@N wN#bY-o {h+YGgen zone brick p0 0 0 4.7 p1 4.7 0 4.7 p2 0 50 4.7 p3 0 0 9.5 &-T,[n C\X8~fsize 5 30 5 group brick2gen zone brick p0 4.7 0 4.7 p1 18 0 4.7 p2 4.7 50 4.7 p3 4.7 0 9.5 &size 10 30 5 group brick3-KdB@?t.~|t6z&r3Z X N/F!z2E ygen zone brick p0 0 0 -18 p1 4.7 0 -18 p2 0 50 -18 p3 0 0 -4.7 &size 5 30 15 group brick4gen zone brick p0 4.7 0 -18 p1 18 0 -18 p2 4.7 50 -18 p3 4.7 0 -4.7 &!m]#LM2ZMk x#^)K[Isize 10 30 15 group brick5gen zon reflect norm 1 0 0 orig 0 0 0Cm"o4qa"o{+zy0p-b.tn-p)E;------------------------赋土参数-------------------------------------------3|6T%CpV7N,B nmodel mohr Mc d+ts)r A-k7l;E=13Mpa,v=0.3prop density 2000 bulk 13e6 shear 5e6 fric 28 coh 1e10 tension 1e10 range z -18 4.7;E=10Mpa,v=0.25 s7p1b I8^[6Lq#|prop density 1900 bulk 10e6 shear 4e6 fric 26 coh 1e10 tension 1e10 range z 4.7 9.5T'G4M p gv;---------------------------初始地应力--------------------------------------ini xdisp 0 ydisp 0 zdisp 0ini szz -1.85e5 grad 0 0 1.9e4 range z 4.7 9.5 ;19×4.8+20×4.7＝185.2KPaini sxx -6.67e4 grad 0 0 6.84e3 range z 4.7 9.5 ;侧压力系数取为0.36 （66.67KPa）E_B V"uVSp,w;s;fini syy -6.67e4 grad 0 0 6.84e3 range z 4.7 9.5j V P3G+\1`h eIQNini szz -1.85e5 grad 0 0 2.0e4 range z -18 4.7ini sxx -6.67e4 grad 0 0 7.2e3 range z -18 4.7ini syy -6.67e4 grad 0 0 7.2e3 range z -18 4.7%JG(m%az c R;-------------------------------边界条件-------------------------------------apply nstress -1e4 range z 9.4 9.6fix x range x -18.1 -17.9fix x range x 17.9 18.1fix y range y 49.9 50.1fix y range y -0.1 0.14U$v0N'hA X-rfix z range z -18.1 -17.9w!L H{@$H m!L5Zr_set grav 0 0 -10 small;solve0q-SDR-F p? U;save small.sav;-------------------------------开挖求解-----------------------------------~ G)X3A{;]+xumodel null range group cy;---------------------------ini xdisp 0 ydisp 0 zdisp 0;---------------------------S-H4?Y\$\4Pm7Gjmodel elas range group segment+Q0K F+R6hu lpprop density 2500 bulk 34.5e9 shear 14.78e9 range group segment? St:f6dF(svn9sK;E=13Mpa,v=0.3prop density 2000 bulk 13e6 shear 5e6 fric 28 coh 0 range group brick1prop density 2000 bulk 13e6 shear 5e6 fric 28 coh 0 range group tunnel sE.]mP Y7L[J prop density 2000 bulk 13e6 shear 5e6 fric 28 coh 0 range group brick4|Qz7@fkY0Z _VT prop density 2000 bulk 13e6 shear 5e6 fric 28 coh 0 range group brick5;E=10Mpa,v=0.25-Q`9kh;LyI D o/n Hprop density 2000 bulk 13e6 shear 5e6 fric 28 coh 0 range z 4.7 9.5 X&@(w H-@]AJ4? @#_'mU~{y&vtx9[2pkRG-LvU!]"n$]hist unbalhist gp xdis 3 0 0CkP,Q}0p:Ahist gp xdis -3 0 0LH2D8m|l3Chist gp zdis 0 0 9.5xDa w6?hist gp zdis 0 0 7.5&z&]^9c7XThist gp zdis 0 0 5.5hist gp zdis 0 0 4.5e[j5WiXPlhist gp zdis 0 0 3hist gp zdis 0 0 -3-^8t;J0a8_DYset large;solve;save n.sav S X-JE-G q Q mh。
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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gen zone radcyl p0 0 0 0 p1 30 0 0 p2 0 1 0 p3 0 0 30 size 10 1 10 30 dim 5 5 5 5 ratio 1 1 1 1 group outsiderock ;右上圆形部分围岩gen zone cshell p0 0 0 0 p1 5 0 0 p2 0 1 0 p3 0 0 5 size 1 1 10 10 dim 4.9 4.9 4.9 4.9 rat 1 1 1 1 group concretliner fill group insiderock ;右上半圆衬砌gen zone radtun p0 0 0 0 p1 0 0 -30 p2 0 1 0 p3 30 0 0 size 10 1 10 30 dim 5 5 5 5 ratio 1 1 1 1 group outsiderock ;右下矩形部分围岩gen zone radtun p0 0 0 0 p1 0 0 -5 p2 0 1 0 p3 5 0 0 size 10 1 10 1 dim 4.9 4.9 4.9 4.9 ratio 1 1 1 1 group concretliner ;右下矩形部分衬砌gen zone brick p0 0 0 -4.9 p1 add 4.9 0 0 p2 add 0 1 0 p3 add 0 0 4.9 size 10 1 10 ratio 1 1 1 1 group insiderock ;隧道内部gen zon reflect dip 90 dd 90 orig 0 0 0 ;关于z轴对称plot block groupplot add axes blacksave jianmo.sav（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。
围岩选用M-C模型，参数的选取：岩体密度（kg/m3）= 2200, 重力加速度（kg/N）=10, 体积模量(Pa)=5e10，剪切模量(Pa)= 1.1e10，摩擦角=30o，粘聚力（N）= 1.8e7，抗拉强度（N/m2）=1e7。
在Z=30m平面处施加的应力为γh=22000×(500-30)=10.34 e6N/m2。
命令流如下；;边界条件fix z range z -30.01 -29.99fix x range x -30.01 -29.99fix x range x 29.99 30.01fix y range y -0.01 0.01fix y range y 0.99 1.01apply szz -10.34e6 range z 29.99 30.01 ;设置初始应力状态model mohrset gravity 0 0 -10 ;设置重力ini density 2200 ;围岩的密度prop bulk=5e10 shear=1.1e10 fric=30 coh=0.18e7 ten=1e7;体积模量、剪切模量、摩擦角、粘聚力、抗拉强度set mech ratio=1e-4plot block statesolve ;求解自重应力场save Gravsol.savplot block groupplot add axes red;毛洞开挖计算initial xdisp=0 ydisp=0 zdisp=0model null range group insiderock any group concretliner anyset mech ratio=1e-4hist unbhist gp zdisp 0 0 5hist gp xdisp 5 0 -2plot block statesolve ;save maodong0.0.sav计算结果如下图所示：未开挖时的隧道开挖后毛洞塑性区开挖毛洞后z方向上的位移云图开挖毛洞后x方向的位移云图开挖毛洞后Z方向的位移曲线开挖毛洞后X方向的位移曲线开挖毛洞后z方向的应力开挖毛洞后x方向的应力可以看到开挖毛洞后未支护的情况下，拱顶下沉 4.775mm，边墙水平收敛2.996mm，围岩塑性区如上图所示。
（2）当侧压力系数为0.5—2.5时的影响侧压力系数为0.5时，命令流如下：model mohrset gravity 0 0 -10 ;设置重力ini density 2200 ;围岩的密度prop bulk=5e10 shear=1.1e10 fric=30 coh=0.18e7 ten=1e7;体积模量、剪切模量、摩擦角、粘聚力、抗拉强度ini szz -11e6 grad 0 0 22000 ;设置初始应力状态ini sxx -5.5e6 grad 0 0 11000ini syy -5.5e6 grad 0 0 11000;给定边界条件fix x range x -30.01 -29.99fix x range x 29.99 30.01fix y range y -0.01 0.01fix y range y 0.99 1.01fix z range z -30.01 -29.99fix z range z 29.99 30.01plot block groupplot add axes red;毛洞开挖计算model null range group insiderock any group concretliner anyset mech ratio=1e-4hist unbhist gp zdisp 0 0 5hist gp xdisp 5 0 -2plot block statesolve ;save maodong0.5.sav不同的侧压力系数的命令流，只需修改不同的初始应力状态的命令即可，在此对侧压力系数分别为1.0 , 1.5 , 2.0 , 2.5的情况，不再重复添加命令流。
侧压力系数不同开挖后的塑性区如下图所示：λ=0.5 λ=1.0λ=1.5 λ=2.0λ=2.5随着侧压力系数的增大，隧道顶部和边墙的塑性区都在逐渐扩大，且拱顶扩大的更多，当侧压力系数为2.5时，塑性区急剧扩大而不能自稳。
不同的侧压力系数开挖后Z方向的位移云图如下：λ=0.5 λ=1.0λ=1.5 λ=2.0λ=2.5不同的侧压力系数拱顶处Z方向的位移曲线如下：λ=0.5 λ=1.0λ=1.5 λ=2.0λ=2.5λ=0.5 λ=1.0λ=1.5 λ=2.0λ=2.5λ=0.5 λ=1.0λ=1.5 λ=2.0λ=2.5不同的侧压力系数X方向的应力云图如下：λ=0.5 λ=1.0λ=1.5 λ=2.0λ=2.5不同的侧压力系数Z方向应力云图如下：λ=0.5 λ=1.0λ=1.5 λ=2.0且水平位移增加的速度比竖直位移增加的速度快。
塑性区随着侧压力系数的增大而增加，且拱顶处的塑性区增加的多。
这说明水平的构造应力对边墙的水平位移和拱顶的塑性区影响较大。
（3）开挖隧道后采用锚喷支护：命令流如下：restore Gravsol.savplot block groupplot add axes red;毛洞开挖计算initial xdisp=0 ydisp=0 zdisp=0model null range group insiderock any group concretliner anyhist unbhist gp zdisp 0 0 5hist gp xdisp 5 0 -2step 100 ;计算开挖100步后进行支护;模筑衬砌计算model elas range group concretliner anyini density 2500 range group concretliner any ;衬砌混凝土的密度prop bulk=26.67e10,shear=22.5e10 range group concretliner any;衬砌混凝土的体积弹模、剪切弹模;加锚杆sel cable id=1 begin -5 0 0 end -8 0 0 nseg=4 sel cable id=2 begin -4.7553 0 1.5451 end -7.6085 0 2.4721 nseg=4 sel cable id=3 begin -4.0451 0 2.9389 end -6.4721 0 4.7023 nseg=4 sel cable id=4 begin -2.9389 0 4.0451 end -4.7023 0 6.4721 nseg=4 sel cable id=5 begin -1.5451 0 4.7553 end -2.4721 0 7.6085 nseg=4 sel cable id=6 begin 0 0 5 end 00 8 nseg=4 sel cable id=7 begin 1.5451 0 4.7553 end 2.4721 0 7.6085 nseg=4 sel cable id=8 begin 2.9389 0 4.0451 end 4.7023 0 6.4721 nseg=4 sel cable id=9 begin 4.0451 0 2.9389 end 6.4721 0 4.7023 nseg=4 sel cable id=10 begin 4.7553 0 1.5451 end 7.6085 0 2.4721 nseg=4 sel cable id=11 begin 5 0 0 end 80 0 nseg=4 sel cable id=12 begin 5 0 -1.25 end 8 0 -1.25 nseg=4sel cable id=13 begin 5 0 -2.5 end 80 -2.5 nseg=4sel cable id=14 begin 5 0 -3.75 end 8 0 -3.75 nseg=4sel cable id=15 begin 5 0 -5 end 80 -5 nseg=4sel cable id=16 begin -5 0 -1.25 end -8 0 -1.25 nseg=4sel cable id=17 begin -5 0 -2.5 end -8 0 -2.5 nseg=4sel cable id=18 begin -5 0 -3.75 end -8 0 -3.75 nseg=4 sel cable id=19 begin -5 0 -5 end -8 0 -5 nseg=4;锚杆力学参数sel cable prop xcarea = 49e-4 emod = 45e10 ytens = 28e9 gr_k = 1.5e8 gr_coh =16e6set mech ratio=1e-4plot block statesolve ;支护后计算结果如下图：支护前塑性区支护后塑性区锚杆应力锚杆与塑性区的相对位置支护后X方向位移云图支护后z方向位移云图支护后X方向应力云图支护后Z方向应力云图支护后Z方向位移曲线支护后X方向位移曲线从图中可以看到，支护后塑性区明显比未支护的情况小了很多，支护后围岩的受力情况得到改善，竖直位移和水平位移都减少了。