【CN110008523A】一种用于CEL方法的岩土开挖数值模拟方法【专利】

(19)中华人民共和国国家知识产权局

(12)发明专利申请

(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910186256.9

(22)申请日 2019.03.12

(71)申请人 东南大学

地址 210096 江苏省南京市玄武区四牌楼2

号

(72)发明人 刘松玉　孙彦晓　邓永锋　赖丰文　

(74)专利代理机构 南京众联专利代理有限公司

32206

代理人 叶倩

(51)Int.Cl.

G06F 17/50(2006.01)

(54)发明名称

一种用于CEL方法的岩土开挖数值模拟方法

(57)摘要

本发明公开了一种用于CEL方法的岩土开挖

数值模拟方法，首先对土体建立三维有限元模

型，对土体参数进行赋值，建立欧拉材料截面，并

指派该欧拉截面于土体，然后分别对土体底部和

侧面施加位移边界条件，再对土体模型施加地应

力的预定义场，并在地应力平衡分析步施加重

力，以还原原位的应力状态，通过调整土体参数

和边界条件来进行开挖模拟，最终得到应力云图

和土体位移，实现开挖的目的，解决了岩土工程

中开挖和贯入模拟难以同时进行的问题，更加经

济化、合理化的实现数值模拟，工作效率更高，也

更符合实际需求。权利要求书1页 说明书4页 附图3页CN 110008523 A 2019.07.12

C N 110008523

A

权　利　要　求　书1/1页CN 110008523 A

1.一种用于CEL方法的岩土开挖数值模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1,对土体建立三维有限元模型，所述土体部件的类型为欧拉体；

S2,对土体参数进行赋值，赋值后，建立欧拉材料截面，并指派该欧拉截面于土体；

S3,分别对土体底部和侧面施加位移边界条件，所述土体底部的位移边界条件为约束竖直方向的自由度，土体侧面的位移边界条件为约束水平方向自由度，土体上表面边界自由；

S4,对土体模型施加地应力的预定义场，并在地应力平衡分析步施加重力，以还原原位的应力状态；

S5,调整土体参数和边界条件来进行开挖模拟；

S6,对模拟结果进行计算及后处理，得到应力云图和土体位移。

2.如权利要求1所述的一种用于CEL方法的岩土开挖数值模拟方法，其特征在于所述步骤S1中三维有限元模型是以开挖区域中心横截面为对称面的对称模型。

3.如权利要求1所述的一种用于CEL方法的岩土开挖数值模拟方法，其特征在于所述步骤S2中土体参数至少包括密度ρ、弹性模量E、泊松比μ、内摩擦角φ以及粘聚力c，针对内摩擦角φ和粘聚力c还设置了场变量，所述场变量将内摩擦角φ和粘聚力c在开挖步调整为0或接近于0。

4.如权利要求2所述的一种用于CEL方法的岩土开挖数值模拟方法，其特征在于所述步骤S3中的边界位移条件施加，在模型的对称面上，开挖区域的土体和未开挖区域土体的边界条件应分别依次施加。

5.如权利要求1所述的一种用于CEL方法的岩土开挖数值模拟方法，其特征在于所述步骤S5中，建立开挖区域节点集合，且开挖模拟在两个分析步中进行，具体包括：S51，定义时间较短的分析步，在该分析步中，调整开挖区域土体参数和边界条件，将开挖区域土体的内摩擦角φ和粘聚力c参数降低至0或接近0，并撤销开挖区域土体位于对称面上的位移边界条件；

S52，定义时间较长的分析步作为开挖的第二个分析步，使开挖区域的土体在参数被改变、位移边界条件被撤销后有足够的时间流出。

6.如权利要求1所述的一种用于CEL方法的岩土开挖数值模拟方法，其特征在于所述步骤S6中土体位移的处理通过示踪粒子技术实现，在监测断面选取节点建立示踪粒子父节点的节点集合，通过对应指令语句激活示踪粒子，获得土体位移值。

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