基于ABAQUS的无渗流偏压隧道开挖分析(包含地应力平衡分析)

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ABAQUS岩土隧道入门地应力平衡基本问题

ABAQUS岩土隧道入门地应力平衡基本问题一：Abaqus地应力平衡方法理解Abaqus地应力平衡现常用分为两种方法：（6.10版以前那种笨拙修改csv文件和添加keywords自己计算每层土应力的方法，就真的很折腾，而且适应性还不好）1.通过Geostatic中Automatic平衡，这种方法是自动平衡，通过设置最小位移精度，迭代计算达到平衡的最小位移精度；算盘放小胖版主案例说法“依据小胖的经验，对于标准的隧道开挖，几何简单，采用1e-5的位移准则是可以的。

但如果比较复杂的模型，宝宝们也不要太吝啬，放宽到0.5 mm以下也是可以的。

毕竟我们玩的是大尺度模拟，半个毫米都不一定能测得出来。

”，而对于单元数量巨大的模型，本身计算一次就需要不短的时间，再通过迭代自动计算地应力平衡，这个时间。

；并且Automatic只有100个increment，如果100到了还没平衡好，虽然“可以在上次计算的应力基础上再平衡一次。

”但是这样下去如果遇见不收敛，就是何年何月才能算好地应力平衡。

So，再看第二种方法咯2.通过导入自重变形结果odb文件，定义应力场来计算。

若用Geostatic分析步换成Fixed平衡固定计算一次的自重变形结果odb；再通过Predefined field导入这个自重变形结果odb；具体小胖版主有实例截图，就是在Predefined field中initial分析步stress进行设置“从外部文件导入”这个自重变形结果，Geostatic分析步Fixed 下也只有一步step 和Increment，所有就应是1。

但是再计算七万别忘啦，再复制重命名或者新建一个job，要是覆盖了自重变形结果的odb，就白搭若采用的static general分析步，控制初始增量步默认是Automatic，初始和最大控制一步计算就行，与geostatic的fixed的自重变形计算结果是一样滴，导入平衡方法也一样，结果可以比较一下，具体可以看看算盘坊小胖的地应力平衡初、中、高教程，这个只能算基础入门的概念理解二：keywords语言基本单元生死法以及场变语言理解（注：自用的6.14-1和新版，全部都可以通过UG窗口界面设置逻辑了，不用向上世纪那样自己编语言，当然后期还是要学习一下编程）▲原始方法地应力平衡语句：*initial conditions, type=stress, geostatic土层名,大力，竖向坐标，小力，竖向坐标，侧向系数▲单元生死（可通过相互作用控制）：*model change, addXXXX*model change, removeXXXX▲控制场变：*field, variable=1XXXX,2三：文件存储路径问题未汉化英文版是不能读取中文路径的，中文路径会有乱码汉化版中路径文件夹命名不能带类似上面“.”的标点，比如odb文件这样就无法调用Job文件再命名可以用日期加“-”来隔断调用odb文件需要在temp工作目录下。

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.。

穿黄盾构隧道管片支护的ABAQUS有限元模拟分析

下穿黄河公路盾构隧道管片支护进行 ABAQUS 有限元模拟计算分析。其间利用 ABAQUS 有限元分析软件，
分别计算出流固耦合情况下两种管片支护工况的地层位移与地层应力以及隧道管片的变形与应力，通过对
比分析两种工况下的计算结果，综合考虑工程的安全性与经济性，提出了穿黄隧道支护管片的合理厚度。
中图分类号：U455.43
文献标识码：A
文章编号：1003-5168（2020）35-0008-04
关键词：穿黄盾构隧道；管片支护；厚度；ABAQUS 有限元模拟
ABAQUS Finite Meta-Analysis of the Shield Tunnel Segment Support under the Yellow River
总 733 期第三十五期 2020 年 12 月
河南科技 Journal of Henan Science and Technology
信息技术
穿黄盾构隧道管片支护的 ABAQUS 有限元模拟分析
苏子昂
（郑州大学护理与健康学院，河南郑州 450001）
摘要：本文依托兰考至原阳高速公路段穿越黄河隧道项目，结合隧洞穿越段黄河区域特殊的地质情况，对
·9·
式中，γ 为土的容重；∂∂ux、∂∂uy、∂∂uz 为各方向的单位渗
透力。
利用弹性本构方程（也可推广到弹塑性本构方程），
将式（1）中的应力用应变表示，在小变形假定下利用几何
方程将应变表示为位移，可得出以位移和孔隙压力表示
的平衡微分方程。
根据饱和土的连续性，单位时间单元土体的压缩量
应等于流过单元体表面的流量变化之和，再由达西定律
+
∂σz′ ∂z
+

ABAQUS软件对隧道开挖过程的模拟

ABAQUS 软件对隧道开挖过程的模拟一、ABAQUS 在岩土工程中应用简介:岩土工程中的开挖问题主要就是指隧道、基抗的开挖。

这些问题的施工过程常常较为复杂,如分步骤开挖,支挡结构的施工等,常规的分析方法处理起来十分困难,往往需要通过有限元对支护结构的内力与变形,周围土体的位移等进行分析。

ABAQUS 由于其本身强健的非线性求解功能,在工业界被公认为技术最先进的非线性有限元分析软件,与传统商业软件不同,ABAQUS 就是专门为解决工程中困难问题而发展并逐渐被广大用户推崇的超级通用有限元软件。

因此,本文将采用ABAQUS 软件对隧道开挖过程进行模拟及分析。

二、隧道开挖过程问题简介:1、模型简介:某个地下隧道,由一个混凝土的衬砌支持。

建造这样一个隧道,涉及到一个非常复杂的土木工程过程。

工程界希望能通过数值模拟预测与验证设计建造过程中的各种问题,以加快建造过程与优化建造成本,并且最大程度的保证安全性。

2、几何特性:隧道直径8米,在地下20米,隧道周围黏土的本构简化为线弹性(E=200MPa,0.2ν=,220kN/m γ=),混凝土衬砌(E=19GPa,0.2ν=),厚度为0、15米。

图1 模型示意图3、分析思路:隧道的开挖与其她开挖问题类似,其实质主要就是应力的释放。

如果没有衬砌的施工,那问题很简单,只要在建立初始应力之后,移除开挖单元即可。

但实际工程中,隧道的开挖施工步骤就是十分复杂的,涉及到灌浆、卡极为、衬砌施工等。

而在有限元计算中衬砌等支护结构施工的模拟尤为重要,特别就是衬砌单元激活的时机,若在开挖区域单元移除之前激活不符合真实工程中的施工顺序,衬砌施工时土体应力已有所释放;而若在单元移除之后进行则应力早已完全释放,衬砌起不到支撑的作用。

为了解决这一问题,研究人员们提出了以下两种方法:1、在衬砌施工前,将开挖区单元的模量降低,移除来模拟应力释放效应。

2、首先将开挖面上的节点施加约束,得到与初始应力平衡的节点力。

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。

帕隆2#隧道开挖过程的力学分析

前言隧道开挖是隧道工程施工的重要环节之一，是工程建设的重要内容，直接决定着隧道工程项目目标的实现。

自改革开放以来，我国土建行业得到迅猛发展，各种隧道开挖工艺不断发展，特别是一些大型有限元分析软件已具有强健的计算功能，拥有大量材料库、单元模型库和强大分析能力等。

ABAQUS软件是其中最先进的分析软件之一，在我国的土木工程等领域得到了广泛的应用。

帕隆2#隧道属于川藏公路整治改建工程的一部分，在西藏林芝境内。

该地区为高中山构造剥蚀地貌，帕隆臧布江流经隧道山体外，沿河一带地势陡峭，多为悬崖峭壁，岩体较破碎、自身承载力很弱,滑坡、泥石流、水毁、崩塌、岩堆等地质灾害严重。

再者，本隧道属于小间距隧道，开挖难度较大，故在施工之前，利用ABAQUS 软件，采用不同开挖方案分别模拟开挖过程，分析围岩应力应变关系。

据此优选合理的开挖方案，调整施工方法与支护措施，这对于超前预知工程问题，保证围岩稳定、施工安全及施工进度都具有重要的意义。

小间距隧道的间距小于规定正常间距，属于一种新型结构型式，目前还处于研究和发展阶段。

由于具有地形条件限制小、线形顺畅、施工周期较短和工程造价相对较低等优点，近些年逐渐受到工程界的重视。

目前国内外已有不少对于小间距隧道开挖问题的研究，研究的问题主要有合理间距、偏压、深浅埋等问题。

在日本及欧美等隧道修建技术比较发达的国家，从70年代就开始了小间距隧道研究,娶得了大量的成果。

在国外已经修建的小间距隧道具有代表性的有：挪威的奥斯陆地下体育馆，跨度为15.5m的更衣室与跨度为25m的主馆间间距为12m；奥斯陆地下公路隧道为两并行隧道，跨度分别为12m和15.5m，隧道间距为8.0～20.0m，当其中一个隧道有小侧室（高1.5～2.0m，）时，局部地段两隧道在有小侧室的一侧可接近7m左右。

本次研究分析使用ABAQUS/CAE模拟隧道开挖过程。

由于帕隆2#隧道所处围岩属于V级围岩，故本次研究所用开挖方案以分部开挖法为基础，依次采用单侧壁导坑法、双侧壁导坑法、中隔壁法、台阶分部开挖法，分别利用ABAQUS软件结合帕隆2#隧道实际情况对四种不同的开挖方案建立模型。

基于ABAQUS岩土工程中地应力平衡的探讨

基于ABAQUS岩土工程中地应力平衡的探讨作者：马云峰来源：《科技与创新》2014年第08期摘要：平衡地应力是岩土工程计算分析中十分重要的部分，在岩土施工前保证地表位移近似为零，是数值模拟的首要前提。

利用ABAQUS对某基坑开挖前的土体进行地应力平衡，根据现场土体的物理性质指标，将地应力平衡前后土体的应力和位移进行对比。

进行地应力平衡后土体的位移数量级小于10-6，并且任意深度的竖向应力值等于该处深度与土体密度的乘积。

关键词：岩土工程；ABAQUS；地应力；土体位移中图分类号：TU431文献标识码：A 文章编号：2095－6835（2014）08－0061－02随着科学技术水平的提高，越来越多的有限元软件被应用于建筑、材料、机械、航天等领域。

这些有限元软件的出现对岩土工程来说是一个巨大的推动，其中，作为最先进的大型通用有限元分析软件之一的ABAQUS被广泛应用。

ABAQUS软件全面满足了静力许可，可以模拟多种不同模型的本构关系，结合有限元分析方法，可以使数值模拟不受几何形状的不规则、边界条件的多样性和材料部均匀性的限制，能够更加准确地分析应力和应变的过程，为现场实际操作提供有效的依据。

1本构模型土体是天然的、复杂的多孔材料，在受荷之后会表现出明显的压缩性、非线性、流变性、各向异性、剪切性等特征。

为了更好地描述土体的真实力学——变形特性，建立其应力应变和时间的关系，在各种试验和工程实践经验的基础上提出一种数学模型，即土体的本构模型。

世界各国学者提出过上百种不同的土体本构模型，其中，摩尔库仑模型、扩展D-P模型和修正剑桥模型的应用最广。

1.1摩尔库仑模型摩尔库仑的屈服准则假定作用在某一点的剪应力等于该点的抗剪强度时，该点发生破坏，剪切强度与作用在该面的正应力呈线性关系。

1.2扩展D-P模型扩展D-P模型允许材料各向同性硬化或软化，考虑了材料的剪胀性。

扩展D-P模型的屈服准则主要取决于屈服面在子午面的形状。

基于ABAQUS土坡降雨入渗应力应变及稳定性研究

Abstract ! Rainfall affects the mechanical parameters of soil, the influence of rainwater infiltration transie soil slope stress and strain is studied through ABAQUS. On the basis, an ideal slope is regarded as a case for modeling and calculation. The influence of rainfall and water accumulation is not considered. It is believed that increases linearly with depth , and a CPE4P grid is established for calculation. In the post-processing, the permeability, pore pressure, horizontal longitudinal displacement, deviatoric stress, plastic strain and stress path , etc. are analyzed, and a series of related conclusions of stress, strain and stability under rainfall infiltration action are obtained. Key words ： rainfall； seepage； ABAQUS； instability； slope； plastic zone
土体的抗剪强度等力学参数会随着降雨的作用而降低[1]，空隙水的压力会随着地下水位的抬高而升高 [2-]，造成稳定性的下降[4]。除此之外，高强度、长时间的降雨会导致暂态饱和区的出现，以此，会导致空隙水压力的升高。基于此，很有必要对雨水入渗情况下瞬态渗流影响下的土坡应力、应变等力学特性进行研究。降雨入渗作为一种典型的非饱和流固耦合现象，目前已有较多学者对降雨入渗进行了研究，取得了较多成果 [540]。但研究领域多在降雨入渗的影响因素、滑坡、初始含水率、稳定性等层面上的分析，而基于多参数的、多指标的综合分析研究较少。本文从数值模拟角度出发，全面对渗透率、孔压、横纵向位移、偏应力、塑性应变以及应力路径等作了分析，以此更好地为降雨入渗对土坡的稳定性研究做参考与支持。

基于ABAQUS的地质偏压隧道非线性接触分析

基于ABAQUS的地质偏压隧道非线性接触分析裴晓彤;周晓军【摘要】In view of the common layered rock crossing tilt occurrence of mountain tunnels or the fractured joint development at tunnel entrance, the paper uses surface-surface contact elements of finite element analysis software ABAQUS to establish a two-dimensional tunnel model for structural plane of weak joints to analyze and calculate nonlinearly the rock pressure and the internal force of the geological bias tunnel lining according to the geological bias conditions at the exit of Maoxian tunnel. The paper draws out preliminary conclusion covering the distribution of displacement and stress of the surrounding rock and lining structure in the single-track railway tunnel under geological bias conditions, and addresses the impact of frictional coefficient of the weak structural plane on the tunnel bias and puts forward some useful proposals and measures according to the mechanical characteristics of the tunnel under geological bias circumstance.%针对于山岭隧道常出现的，穿越倾斜产状的层状岩体，或多在隧道进出口处节理裂隙发育的情况，结合成兰铁路茂县隧道出口地段所处的地质偏压环境，应用ABAQUS有限元分析软件中的面-面接触单元，建立节理软弱结构面的二维隧道模型。

基于ABAQUS土石坝的应力、位移及稳定性分析

基于abaqus土石坝的应力位移及稳定性分析随着计算机技术的发展和广泛应用各种数值分析方法开始应用到岩土工其中有限单元法因为其对边界条件的适应性以及能很好的模拟各种土的本构关系使其在岩土工程计算中得到广泛的应用
理论研究
268
基于 ABAQUS 土石坝的应力、位移及稳定性分析
刘强（上海海事大学海洋科学与工程学院 , 上海 201306）
3 结语
依托算例分析，考虑洪水时的约束关系，建立了相应的结构图仿真模型，并计算模拟典型洪水过程的水库水位变化曲线。结果表明：
1 算例分析
均质土石坝，坝顶高程 50.0m，底高程 0.0m，顶宽度 8.0m，上游坝坡 1:2.5，高程 20.0m 处上游坝坡设有 3m 宽马道，高程 25.0m 处下游坝坡设有 2m 宽马道，下游坝坡 1:2.0。上游设计洪水位高程 46.0m，下游水位高程 4.0m，下游排水棱体顶宽 3.0，顶高程 5.0m，底高程 0.0m，上游边坡 1:1.5，下游边坡 1:1.5。坝体材料如下表所示：表 1 土石坝参数材料坝体地基棱体密度弹性模量泊松比内摩擦角内聚力渗透系数 Kg/m³ Pa KPa 1900 1×107 0.3 30 30 1×10-4 1800 2×106 0.3 25 30 1×10-4 2400 2×109 0.2 40 1×10-2

图 3 地应力平衡后的土石坝位移云图
图 4 静水压力作用下的水平位移云图参考文献： [1] 祁庆和 . 水工建筑物 [M]. 北京 : 水利水电出版社 ,1992. [2] 费康 , 张建伟 .ABAQUS 在岩土工程中的应用 [M]. 北京 : 中国水利水电出版社 ,2010. 作者简介：刘强（1991-）, 男 , 湖北黄梅县人 , 研究生 , 研究方向 : 抗拔桩基础。

基于ABAQUS软件的钢筋砼输水隧洞分岔口有限元分析

基于ABAQUS软件的钢筋砼输水隧洞分岔口有限元分析吴浩然;宦如胤;刘睿璇
【期刊名称】《水电站机电技术》
【年(卷),期】2024(47)3
【摘要】本工程钢筋砼输水隧洞分岔口由主洞、支洞、检修洞以及渐变段组成,深埋地下,结构体型、外荷载复杂,常规简化模型受力分析难以准确描述其应力应变分布规律。

本文基于ABAQUS软件,按照实际围岩地层及设计文件,建立细化三维有限元模型,针对不同荷载组合,对隧洞衬砌的应力分布特征进行分析及评价,并给出配筋建议。

计算分析成果可为混凝土输水隧洞分岔口设计提供有效理论支撑依据,具有理论与现实双重意义。

【总页数】6页(P49-53)
【作者】吴浩然;宦如胤;刘睿璇
【作者单位】贵州省水利水电勘测设计研究院有限公司;江苏省南京市滁河河道管理处
【正文语种】中文
【中图分类】TU31
【相关文献】
1.基于ANSYS的输水隧洞围岩及衬砌结构有限元分析
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3.基于ABAQUS对引水隧洞结构的有限元分析
4.基于
ABAQUS有限元分析的大跨度钢筋桁架混凝土叠合板脱模吊装阶段吊点合理布置研究5.基于ABAQUS有限元分析的钢筋混凝土柱扭转性能研究分析
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基于ABAQUS的无渗流偏压隧道开挖分析(包含地应力平衡分析)

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。

基于ABAQUS的土石坝稳定渗流期应力应变分析

基于ABAQUS的土石坝稳定渗流期应力应变分析
欧阳君;林飞;刘秋英;钟翔熹
【期刊名称】《水资源与水工程学报》
【年(卷),期】2012(0)2
【摘要】利用有限元分析软件ABAQUS的用户子程序接口,实现了Duncan-Chang本构模型在ABAQUS中开发,对土石坝应力应变进行分析。

考虑渗流作用时,首先采用有限元法计算坝体渗流场,通过迭代法算出稳定渗流的逸出点和浸润线位置,并根据水力梯度得到坝体所受的渗透力。

然后将渗流分析所确定的渗流力与土体浮力等荷载共同施加在施工期的坝体上,分析计算土石坝在稳定渗流期的应力应变值。

分析结果表明:采用此方法进行土石坝稳定渗流期的应力应变分析是合理的,且大大提高了计算效率。

【总页数】5页(P104-108)
【关键词】abaqus软件;duncan-chang模型;土石坝;稳定渗流期;应力应变分析【作者】欧阳君;林飞;刘秋英;钟翔熹
【作者单位】湖南省水利水电勘测设计研究总院
【正文语种】中文
【中图分类】TV641.25
【相关文献】
1.砾石土心墙堆石坝应力应变数值分析 [J], 余定仙;窦维娥;王斌
2.考虑竖向应力的土-水特征曲线在土石坝稳定渗流分析中的应用 [J], 黄靖
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5.利用ABAQUS分析混凝土面板堆石坝非线性应力与应变 [J], 徐远杰;潘家军;王观琪
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[整理]ABAQUS软件对隧道开挖过程的模拟

ABAQUS 软件对隧道开挖过程的模拟一、ABAQUS 在岩土工程中应用简介：岩土工程中的开挖问题主要是指隧道、基抗的开挖。

这些问题的施工过程常常较为复杂，如分步骤开挖，支挡结构的施工等，常规的分析方法处理起来十分困难，往往需要通过有限元对支护结构的内力和变形，周围土体的位移等进行分析。

ABAQUS 由于其本身强健的非线性求解功能，在工业界被公认为技术最先进的非线性有限元分析软件，与传统商业软件不同，ABAQUS 是专门为解决工程中困难问题而发展并逐渐被广大用户推崇的超级通用有限元软件。

因此，本文将采用ABAQUS 软件对隧道开挖过程进行模拟及分析。

二、隧道开挖过程问题简介：1、模型简介：某个地下隧道，由一个混凝土的衬砌支持。

建造这样一个隧道，涉及到一个非常复杂的土木工程过程。

工程界希望能通过数值模拟预测和验证设计建造过程中的各种问题，以加快建造过程和优化建造成本，并且最大程度的保证安全性。

2、几何特性：隧道直径8米，在地下20米，隧道周围黏土的本构简化为线弹性（E=200MPa ，0.2ν=，220kN/m γ=），混凝土衬砌（E=19GPa ，0.2ν=），厚度为0.15米。

图1 模型示意图3、分析思路：隧道的开挖和其他开挖问题类似，其实质主要是应力的释放。

如果没有衬砌的施工，那问题很简单，只要在建立初始应力之后，移除开挖单元即可。

但实际工程中，隧道的开挖施工步骤是十分复杂的，涉及到灌浆、卡极为、衬砌施工等。

而在有限元计算中衬砌等支护结构施工的模拟尤为重要，特别是衬砌单元激活的时机，若在开挖区域单元移除之前激活不符合真实工程中的施工顺序，衬砌施工时土体应力已有所释放；而若在单元移除之后进行则应力早已完全释放，衬砌起不到支撑的作用。

为了解决这一问题，研究人员们提出了以下两种方法：1、在衬砌施工前，将开挖区单元的模量降低，移除来模拟应力释放效应。

2、首先将开挖面上的节点施加约束，得到与初始应力平衡的节点力。

基于ABAQUS基坑开挖过程中应力位移及稳定性分析

基于ABAQUS基坑开挖过程中应力位移及稳定性分析
蔡涛;何翔;张广;徐雪梅
【期刊名称】《四川建筑》
【年(卷),期】2022(42)5
【摘要】文章用ABAQUS数模软件,针对武汉某扩建项目基坑开挖问题,在放坡及护坡桩支护的条件下,进行基坑在开挖过程中边坡的应力、应变及稳定性分析,并进行基坑隆起量以及荷载区沉降量的计算。

仿真结果表明:基坑开挖与放坡施工过程中边坡相对稳定,但基坑隆起量与边坡水平位移量超出预警值,必须对基坑及坡面进行加固处理,对护坡桩增加支护措施。

【总页数】3页(P205-207)
【作者】蔡涛;何翔;张广;徐雪梅
【作者单位】武汉轻工大学土木工程与建筑学院
【正文语种】中文
【中图分类】TU942
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1.基于锚杆围护结构的深基坑开挖过程中侧向位移的预测控制
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3.基于ABAQUS土石坝的应力、位移及稳定性分析
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5.深大基坑开挖过程中地下连续墙位移与应力监测研究
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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]。

2013年论文-基于abaqus的基坑开挖对杭州中大圣马广场

基于abaqus的基坑开挖对杭州中大圣马广场周边地下管线影响的数值分析研究单位：机施处******时间：2013年10月22日基于abaqus的基坑开挖对杭州中大圣马广场周边地下管线影响的数值分析研究机施处郑威皇1研究的目的和意义1.1 研究背景深基坑开挖将引起邻近路面下沉导致地下管线竖向移动，移动的距离称为竖向位移。

当竖向位移与水平位移达到地下管线变形的极限值时将会引起地下管线的竖向与水平拉裂破坏，此种破坏不仅影响工期耗费大量抢救资金，甚至会发生人员伤亡，并使与基坑相邻的周边建筑物或地下设施开裂，倾斜甚至倒塌，造成极大的危害。

例如，2008 年11 月15 日15 时20 分，杭州萧山湘湖段地铁施工现场发生塌陷事故。

风情大道坍塌形成了一个长75 米、宽21 米、深15.5 米的深坑，附近的河流决堤，河水倒灌，一度水深达 6 米多。

正在路面行驶的11 辆车陷入深坑，数十名地铁施工人员被埋，遇难工人数达到21 名，同时造成了风情大道中断，距事故现场仅一墙之隔的萧山区城西小学，校园东边的围墙已全部垮塌。

附近民房倾斜破坏，地面下管线破坏等一系列连锁破坏效应。

图1.1 基坑失稳破坏图图1.2 杭州地铁基坑事故坑边管线位置图1.2研究目的和意义地下管线的破坏往往是由于其水平变形或竖向变形超过了允许的变形值或允许转角。

基坑开挖导致周边土体的水平或竖向位移会引起管线的变形，但由于施工等各方面原因，管线的变形往往是不均匀的，在管道接口等薄弱位置往往导致管线变形率突然增大而导致破坏。

本文以杭州中大圣马广场基坑工程施工为例，对基坑的监测数据进行分析研究基坑开挖对周边关系变形的影响情况，并采用abaqus三维有限元分析软件，建立软土地区深基坑开挖的三维非线性数值分析模型，研究基坑开挖过程对周边管线水平位移变形率和沉降变形率的影响情况，并分析了不同的加固措施对管线影响的情况。

采用基坑围护结构设计，施工，监测，数值模拟的方法模拟整个工程动态设计，动态施工的过程。

基于ABAQUS渗流与应力耦合的边坡稳定性分析

在影响土质边坡稳定性的各种因素中 , 地下水的影响不容忽视 [ 1] 。水的渗入使土体质量增大 , 进而使滑动面的滑动力增大 , 同时 , 在水的作用下土体被软化 , 抗剪强度降低 , 而且对土体产生孔隙水压力 , 这些都将对边坡的稳定性产生不利影响。目前 , 在进行边坡稳定性分析时 , 为了使问题简化 , 大多不考虑渗流水对边坡稳定性的影响 , 或者仅考虑渗流水对土体重度的影响 , 这都是不切实际的。笔者在考虑饱和渗流与应力耦合的基础上 , 采用有限元强度折减法对边坡进行稳定性分析。 x
在外荷载不变的情况下将土体抗剪强度参数黏聚力c内摩擦角进行折减得到新的土体强度参数进行有限元分析通过不断增大折减系数反复分析边坡内的应力应变情况直至土坡达到极限状态arctantan2屈服准则和流动法则的选取岩土材料中的理想弹塑性本构模型广泛应用于有限元强度折减法分析边坡稳定性因此材料屈服准则的选取是确定边坡稳定安全系数的关键
∃
图 1 边坡尺寸及水位边界表 1 边坡稳定安全系数安全系数工况瑞典圆弧法无水作用有水 ( 不耦合 ) 有水 ( 耦合 ) 1. 464 1. 175 强度折减法 1 . 530 1 . 257 1 . 263
( 5)
利用有限元强度折减法与极限平衡法计算边坡稳定安全系数最大误差仅为 6. 98 % , 说明采用位移突变准则确定边坡稳定安全系数是可行的。从表 1 可以看出 , 在考虑水的渗流作用下 , 边坡稳定安全系数显著性降低 , 可见 , 渗流对边坡稳定有显著影响。从耦合与非耦合的水压力等值线及渗流流速计算结果看 , 考虑渗流作用条件下 , 耦合与非耦合对边坡稳定安全系数并无明显影响 , 但耦合后边坡内渗流浸润线及溢出点有所降低 , 同时耦合时渗流流速为 7. 204 & 10 - 7 m / s , 相对不耦合渗流流速 7. 313 & 10- 7 m / s有所减小 , 耦合作用对边坡内渗流产生了有利影响。