隧道力学-围岩特征曲线

西南交通大学
隧道力学（作业）
Flac3d求解围岩特征曲线
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2011 年 11 月
目录
第1章 ..................................................................................................................................... 问题分析 .. (1)
1．1 围岩特征曲线定义 (1)
1．2 求解方法 (1)
第2章建模及计算 (1)
2．1 模型建立 (1)
2．2 命令流及解释 (2)
第3章计算结果及分析 (5)
3．1 数据处理 (5)
3．2 围岩特征曲线绘制 (5)
3．3 结果分析 (6)
参考文献 (7)
FLAC3D求解围岩特征曲线
第1章问题分析
1．1 围岩特征曲线定义
围岩的特征曲线，亦称为围岩的支护需求曲线。

它形象的表明围岩在洞室周边所需提供的支护阻力及与其周边位移的关系。

1．2 求解方法
同一围岩级别下，相同隧道埋深情况下，通过改变衬砌的强度（修改体积模量及剪切模量）分别求解相应强度下隧道收敛平衡时的拱顶竖直位移和应力，根据所得数据绘制该围岩级别下相应埋深的围岩特征曲线。

第2章建模及计算
2．1 模型建立
图2.1-1
如图2.1-1，圆形隧道外径为6m ，衬砌厚度为0.2m ，考虑隧道影响范围，模型宽度为30m ，高度为30m 。

V 级围岩和Ⅳ级围岩通过定义材料的相关参数来建模；根据
h σγ=计算出相应埋深（即50m 、100m 、150m ）下产生的应力，将应力分别作用于模型上来建模求解。

2．2 命令流及解释
以V 级围岩150m 埋深为例，其命令流如下： ;绘制5级围岩150m 特性曲线，改变衬砌的E 进行计算 new
;建立模型，取圆形隧道半径为2.9米，衬砌厚度为0.1米， gen zone radcylinder p0 0 0 0 & p1 15 0 0 & p2 0 1 0 & p3 0 0 15 & p4 15 1 0 & p5 0 1 15 & p6 15 0 15 & p7 15 1 15 & p8 3 0 0 & p9 0 0 3 & p10 3 1 0 & p11 0 1 3 & size 5 1 8 11 & ratio 1 1 1 1.2 &
group outsiderock;定义围岩分块 gen zone cshell p0 0 0 0 & p1 3 0 0 & p2 0 1 0 &
p3 0 0 3 &
p4 3 1 0 &
p5 0 1 3 &
p8 2.9 0 0 &
p9 0 0 2.9 &
p10 2.9 1 0 &
p11 0 1 2.9 &
size 3 1 6 1 &
ratio 1.1 1 1 1 &
group lining ;定义衬砌分块
gen zone cylinder p0 0 0 0 &
p1 2.9 0 0 &
p2 0 1 0 &
p3 0 0 2.9 &
group excavation ;定义开挖分块
gen zone reflect dip 0 dd 90
gen zone reflect dip 90 dd 90
;显示模型及坐标轴
plot add axe red
plo blo gro
;设定边界条件
fix x ran x 14.9 15.1
fix x ran x -14.9 -15.1
fix y ran y -0.1 0.1
fix y ran y 0.9 1.1
fix z ran z -15.1 -14.9
apply szz -315000 range z 14.9 15.1 ;用于加载竖向应力，模拟隧道埋深产生的荷载;初始应力场计算
;设定材料属性
model mohr ran group outsiderock
prop bulk 5e8 shear 1.071428e8 coh 0.18e6 ten 1e10 &
ran group outsiderock
ini dens 2250 ran group outsiderock
model mohr ran group lining
prop bulk 5e8 shear 1.071428e8 coh 0.18e6 ten 1e10 &
ran group lining
ini dens 2250 ran group lining
model mohr ran group excavation
prop bulk 5e8 shear 1.071428e8 coh 0.18e6 ten 1e10 &
ran group excavation
ini dens 2250 ran group excavation
set grav 0 0 -9.8;设置重力加速度
hist id =1 unbal;记录最大不平衡力
step 1000 ;计算步数设定并计算
;solve
save 5-50m.sav
;开挖计算相应衬砌下的拱顶竖向应力szz 0 0 3及其沉降zdis 0 0 3 model elastic ran group lining
prop bulk 15.2e7 shear 11.4583333e7 ran group lining;衬砌的属性
ini dens 2500 ran group lining
model null ran group excavation;开挖部分属性
set grav 0 0 -9.8
hist n=1000;设定每隔n步记录一次
hist zone szz 0 0 3;记录拱顶点竖向应力
hist gp zdis 0 0 3;记录拱顶沉降
step 3000 ;计算步数设定并计算
his write 2 v 3 file 5-150m-cq.txt
save 5-150m-cq.sav
第3章计算结果及分析3．1 数据处理
根据建模求解得到的数据，处理数据如表3.1-1、3.1-2所示
表3.1-1V级围岩下数据处理结果汇总
表3.1-2 Ⅳ级围岩下数据处理结果汇总
3．2 围岩特征曲线绘制
根据3.1节中所得数据，绘制围岩特性曲线如图3.2-1~2。

图3.2-1 五级围岩特征曲线
图3.2-2 四级围岩特征曲线
3．3 结果分析
通过对计算结果的分析，可以得出以下结论：
1、在洞周极限位移范围内，容许围岩的位移增加，所需要的支护阻力减小，而应力重分布的结果大部分由围岩承担，反之亦然；
2、相同围岩情况下，总体上随着埋深的增加，围岩所需的支护阻力增加，产生的位移也增加；
3、不同围岩情况下，相同的埋深情况下，总体上随着围岩级别的减小，围岩所需的支护阻力减小，产生的位移也减小。

参考文献
[1]. 《FLAC/FLAC3D基础与工程实例》（2008）；
[2]. 《隧道及地下工程FLAC解析方法》（2008）；。