Ansys-Tunnel隧道开挖的仿真模拟

*set,x1,-12 !几何面2的位置参数
*set,y1,-12
*set,w1,28.9
*set,h1,30.15
*set,x2,-25
*set,y2,-12
*set,w2,13
*set,h2,30.15
*set,x3,16.9
*set,y3,-12
*set,w3,13
*set,h3,30.15
*set,x4,-25
*set,y4,-30
*set,w4,54.9
*set,h4,18
*set,th,0.4 !保护壳的厚度
*set,length_z,50 !隧道深度

/prep7
et,1,mesh200,2
et,2,mesh200,6
et,3,shell63
et,4,solid45
r,1,th !壳厚度
mp,ex,1,3e10
mp,prxy,1,0.2
mp,dens,1,2700
mp,ex,2,2.5e8 !剩余土体的材料属性
mp,prxy,2,0.32
mp,dens,2,2200
mp,ex,3,2.5e8 !挖去土体的材料属性
mp,prxy,3,0.32
mp,dens,3,2200

创建隧道支护控制关键点
k,,0,0
k,,0,3.85
k,,0.88,5.5
k,,2.45,6.15
k,,4.02,5.5
k,,4.9,3.85
k,,4.9,0

创建隧道支护模型和被挖去图体面模型
larc,1,2,6,8.13
larc,2,3,6,3.21
larc,3,4,6,2.22
larc,4,5,2,2.22
larc,5,6,2,3.21
larc,6,7,2,8.13
larc,7,1,4,6
a,1,2,3,4,5,6,7

创建辅助面以及剩余土体的几何面
blc4,x1,y1,w1,h1 !创建面2
blc4,x2,y2,w2,h2 !创建面3
blc4,x3,y3,w3,h3 !创建面4
blc4,x4,y4,w4,h4 !创建面5
/pnum,area,1 !打开面编号
aplot !显示面

以下对5个面进行重叠操作，即将分离的同等级面变为数个面的连续体，其中面上有边界所围成的区域都自成一个面。
aovl,1,2,3,4,5
nummrg,all,,,,low !合并重复元素并保留低编号号码
numcmp,all

l,1,8
l,7,9
l,6,10
l,2,11

对新产生的四个面的边界进行网格份数设置，然后进行网格划分。需要注意的是：对于面8，应先将其下边界的四条线整合为一条线
lsel,s,line,,21,22,1
lsel,a,line,,7
asbl,5,all !用7,21,22三条线分割面
lsel,s,line,,21,24,3
lsel,a,line,,1
asbl,7,all
lsel,s,line,,22,23,1
lsel,a,line,,6
asbl,8,all !用6,22,23三条线分割面
nummrg,all,,,,low
numcmp,all


lsel,s,line,,2,5,1
lccat,all !将线2~5z暂时整合成一条线
lesize,all,,,3 !设置网格份数为3
lsel,s,line,,9,11,2
lsel,a,line,,6
lsel,a,line,,1
lesize,all,,,8 !设置网格份数为8
lsel,s,line,,8,10,2
lsel,a,line,,7
lesize,all,,,12
lsel,s,line,,21,24,1
lesize,all,,,10,2 !设置网格份数为10，比率为2
type,2
asel,s,area,,5,8,1
amesh,all



对剩余面进行asel网格划分
asel,s,area,,1
amesh,1
lsel,s,line,,12,13,1
lesize,all,,,8
lsel,s,line,,15,18,1
lesize,all,,,6,2
asel,s,area,,2,3,1
amesh,all
lsel,s,line,,14
lesize,all,,,24
lsel,s,line,,19,20,1
lesize,all,,,6,2
lsel,s,line,,15,17,2
lsel,a,line,,8
lccat,all
asel,s,area,,4
amseh,all
lsel,s,lcca
ldele,all !删除前面暂时整合在一起的线
nummrg,all,,,,low
numcmp,all
allsel


将支护的线模型拉伸成支护的壳模型

k,1000,,,-length_z !定义一个辅助的关键点
l,1,1000 !定义一条辅助线
/view,1,1,1,1
/replot
extopt,esi

ze,10,0, !由线拉伸成壳的相关属性设置
lsel,s,line,,1,7,1
adrag,all,,,,,,25 !沿着线25拉伸

——————————————————

gplot
type,3 !声明壳网格划分的相关属性
real,1
mat,1
asel,s,loc,z,-25
aplot
lsel,s,loc,z,-25
lesize,all,,,10
mshape,0,20
mshkey,1
amesh,all


创建围岩单元
!拉伸剩余围岩的实体
asel,invert !对面元素进行反向选择操作，得到当前有效面为z=0的面
aplot
extopt,esize,10,0, !由面拉伸成体的相关属性设置
extopt,aclear,1
type,4
mat,2
asel,r,area,,2,8,1
vdrag,all,,,,,,25
allsel
!挖去部分岩石的实体
mat,3
vdrag,1,,,,,,25
eplot
nummrg,all,,,,low
numcmp,all
fini


加载与求解：
(1)施加边界条件以及重力加速度
!以下约束两侧面X方向的约束
/solu
antype,static
asel,s,loc,x,x2
asel,a,loc,x,x2+w4
da,all,ux,0
alls
!以下约束地面Y方向的约束
asel,s,loc,y,y4
da,all,uy,0
alls
!以下约束岩石前后z方向的约束
asel,s,loc,z,-length_z
asel,a,loc,z,0
da,all,uz,0
allsel
!施加重力加速度
acel,,10
(2)设定分析选项
deltim,0.1,0.05,0.2
autots,on !使用自动时间步
pred,on !打开时间步长预测器
lnsrch,on !打开线性搜索
nlgeom,on !打开大位移效果
nropt,full !设置牛顿-拉普森选项
cnvtol,f,,0.02,2,0.5
(3)初始地应力计算
esel,s,type,,3 !选择支护单元为当前有效单元，然后将其杀死
ekill,all
esel,all
esel,s,live !选择活的单元，即所有土体单元
nsle,s !选择活单元上的节点
nsel,invert !反向选择，即选择了死单元上的节点
d,all,all !将死单元上的节点约束所有位移，使其不参与矩阵运算
nsel,all
esel,all
/PBC,all,,l
gplot
solve

(4)进行开挖过程的模拟
基本思路：将挖去土体并将它杀死的同时，激活支护单元，可以将每天开挖后计算状态保存为一个荷载文件，然后统一计算，也可以用循环语句实现。以下施工模拟过程是基于简化假设：每天挖5m，分10天完成。因此整个计算过程应该包括1个初始地应力计算载荷步和10个开挖过程计算载荷步。

*do,ii,1,10,1
!以下步骤表示，先选择每天挖去的岩石单元为有效单元，然后将其杀死
esel,s,mat,,3
nsel,s
nsel,r,loc,z,0.1-(ii-1)*5,-(5.1+(ii-1)*5)
esln,r,1
ekill,all
!以下步骤表示，先选择每天挖去的岩石对应的支护壳单元为当前有效单元，然后将其激活，同时将其节点上的约束删除
esel,s,type,,3
nsle,s
nsel,r,loc,z,0.1-(ii-1)*5,-(5.1+(ii-1)*5)
esln,r,l
ealive,all
nsle,s
ddele,all,all
!选择活单元，此时应该包含两部分：刚被激活的壳单元和为挖去的岩石单元
esel,all
esel,s,live
nsle,s
nsel,invert

d,all,all
nsel,all
esel,all
solve
*enddo
fini



计算结果分析