在不规则底层下三维隧道开挖阶段的APDL分析Word文件下载.docx

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软岩

E_R_2=50000/TONF_N!

U_R_2=0.3!

DENS_R_2=2.3/TON_KG!

密度，KG/M^-3

C_R_2=2/TONF_N!

FI_R_2=33!

FTK_2=20/TONF_N!

硬岩

E_R_3=200000/TONF_N!

U_R_3=0.25!

DENS_R_3=2.5/TON_KG!

C_R_3=20/TONF_N!

FI_R_3=35!

FTK_3=300/TONF_N!

抗拉强度

喷射混凝土

E_1=1.5E5/TONF_N!

U_1=0.2!

DENS_1=2.4/TON_KG!

ALPX_1=1E-6!

热膨胀系数

ALPY_1=1E-6!

ALPZ_1=1E-6!

PH_H=0.16!

锚喷的高度M

Φ25锚杆，ANCHORROD

E_2=2E7/TONF_N!

U_2=0.3!

DENS_2=7.85/TON_KG!

ALPX_2=1.2E-5!

AM=0.0005067!

锚杆截面面积M^2

LM=4!

锚杆长度M

======================

========前处理========

/PREP7

=====定义单元类型=====

ET,1,95!

定义SOLID95单元，岩土单元

ET,2,93!

定义SHELL93单元，喷射混凝土单

ET,3,8!

定义LINK8单元，锚杆单元

ET,4,82!

定义辅助平面82单元

=====定义材料属性=====

岩层断面

材料编号：

土为1，软岩为2，硬岩为3

*DO,I,1,3,1

MP,EX,I,E_R_%I%!

围岩弹性模量

MP,PRXY,I,U_R_%I%!

围岩泊松比

MP,DENS,I,DENS_R_%I%!

围岩密度

TB,DP,I

TBDATA,1,C_R_%I%,FI_R_%I%,,!

内聚力和摩擦角

*ENDDO

TB,BKIN,I!

等向随动强化

TBDATA,1,,FTK_%I%

喷射混凝土和锚杆

混凝土喷射为4，锚杆为5

MP,EX,4,E_1!

混凝土弹性模量

MP,PRXY,4,U_1!

混凝土泊松比

MP,DENS,4,DENS_1!

混凝土密度

MP,ALPX,4,ALPX_1!

热传递系数

MP,ALPY,4,ALPY_1!

MP,ALPZ,4,ALPZ_1!

MP,EX,5,E_2!

MP,PRXY,5,U_2!

MP,DENS,5,DENS_2!

MP,ALPX,5,ALPX_2!

=====定义实常数=====

R,1,!

岩层深度

R,2,PH_H,PH_H,PH_H,PH_H!

喷射混凝土厚度的实常数

PI=ACOS（-1）

R,3,AM!

锚杆

=====几何模型创建=====

====右下角为坐标系原点===

三心园的方式创建创建隧道截面

D0=12!

岩层长度

L1=11.7!

隧道底部宽度

R1=6.5!

R2=6!

A1=60

A2=55

D_MG=1.5!

锚杆间距

NM=13!

奇数

土层尺寸

H1=60!

硬岩层高度

W=110!

土层宽度

X1=40$Y1=30!

隧道位置

施工阶段的参数

D_SD=2!

每个施工阶段的深度

DN=D0/D_SD

土层的参数

NX=11!

X方向点的个数

NZ=DN+1!

Z方向点的个数

DDX=W/（NX-1）

DDZ=D0/（NZ-1）

创建隧道截面

采用高阶几何创建这样就可以不用考虑关键点编号的问题

*AFUN,DEG

/PNUM,KP,ON

NM1=NINT（A1*R1*PI/180/D_MG-MOD（A1*R1*PI/180,D_MG））

NMT=NM1*2+1

J1=D_MG/R1*180/PI

J2=A1-NM1*J1

PL1=（A1-J1*NM1）*R1*PI/180

PL2=D_MG-PL1

J3=D_MG/R2*180/PI

J4=PL2/R2*180/PI

NM2=（NM-1-NM1*2）/2

NMB=NM2*2

PCIRC,R1,R1+LM,90-A1,90+A1

CSYS,1

K,100,R1-R2,90-A1$K,101,R1-R2,90+A1

CSYS,0

LOCAL,11,1,KX（100）,KY（100）,

WPCSYS,,11

PCIRC,R2,R2+LM,90-A1,90-A1-J4-（NM2-1）*J3

LOCAL,12,1,KX（101）,KY（101）,

WPCSYS,,12

PCIRC,R2,R2+LM,90+A1,90+A1+J4+（NM2-1）*J3

AADD,ALL

NUMMRG,KP

ALLSEL

LSEL,U,LENGTH,,LM

LSEL,R,LOC,X,0,R1

LCOMB,ALL

LSEL,R,LOC,X,R1+1,R1+LM

WPROTA,,90

WPROTA,,,90-A1-J4-（NM2-1）*J3

*DO,I,1,NM2-1,1

WPROTA,,,J3

ASBW,ALL

WPCSYS,,0

WPROTA,,,90-A1+J2$ASBW,ALL

*DO,I,1,2*NM1,1

WPROTA,,,J1

WPROTA,,,90+A1

WPROTA,,,J4

改变线的方向

CSYS,11$LSEL,S,LOC,X,R2$LSEL,R,LOC,Y,90-A1-J4-（NM2-1）*J3,90-A1-J4-（NM2-1）*J3+J3

LREVERSE,ALL

CSYS,12$LSEL,S,LOC,X,R2$LSEL,R,LOC,Y,90+A1+J4+（NM2-1）*J3,90+A1+J4+（NM2-1）*J3-J3

CSYS,11

K,200,R2,90-A1-A2

L,200,KP（R2,90-A1-J4-（NM2-1）*J3,0）

CSYS,12

K,201,R2,90+A1+A2

L,KP（R2,90+A1+J4+（NM2-1）*J3,0）,201

L,201,200

ADELE,ALL

WPCSYS,-1

============定义硬岩层======

LOCAL,13,0,KX（200）+X1-W,KY（200）-Y1,-D0!

定义13坐标系

LOCAL,14,0,KX（200）+X1-W,KY（200）-Y1,0!

定义14坐标系

WPCSYS,,14!

RECT,0,W,0,H1

ASBL,ALL,ALL

ASEL,S,,,14

CM,AA1,AREA

ASEL,INVE

ASEL,U,,,15

CM,AA2,AREA

切割

水平切割

CSYS,0$WPCSYS,-1

WPROTA,,90$WPOFFS,,,6$ASBW,ALL

WPOFFS,,,-（11+R1+LM）$ASBW,ALL

竖直切割

WPROTA,,,90

CSWPLA,19,0

ASEL,U,LOC,X,0,20

WPOFFS,,,-（R1+LM+5）$ASBW,ALL

WPOFFS,,,2*（R1+LM+5）$ASBW,ALL

CSYS,14

LSEL,S,LOC,Y,H1$LDIV,ALL,,,NX-1

ASEL,S,,,25$CM,AA3,AREA

ASEL,INVE$CMSEL,U,AA1$CMSEL,U,AA2

CM,AA4,AREA

==================拉伸成直线隧道=============

K,1E3,$K,1E3+1,,,-D0$L,1E3,1E3+1

LSEL,S,LENGTH,,D0$LSEL,R,LOC,Y,0$LDIV,ALL,,,DN

CM,LL1,LINE

K,2E3,$K,2E3+1,,,-D0$L,2E3,2E3+1

CM,LL2,LINE

K,3E3,$K,3E3+1,,,-D0$L,3E3,3E3+1

CM,LL3,LINE

CMSEL,S,AA1

VDRAG,ALL,,,,,,LL1

CM,SD_V,VOLU!

为隧道部分编组

VSEL,NONE

CMSEL,S,AA2

CM,MG_V,VOLU!

为锚杆部分编组

CMSEL,S,AA3

VDRAG,ALL,,,,,,LL2

CM,YYC_V0,VOLU!

为周围硬岩层编组

CMSEL,S,AA4

VDRAG,ALL,,,,,,LL3

CM,YYC_V1,VOLU!

这样可以实现一些不重要关键点的编号进行重新编号

KSEL,U,,,200,201

NUMCMP,KP

/PNUM,KP,OFF

/VIEW,1,1,1,1

CMSEL,S,SD_V

CMSEL,S,MG_V

CMSEL,S,YYC_V0

CMSEL,S,YYC_V1

定义锚杆

LSEL,S,LENGTH,,LM$LSEL,R,TAN1,Z

CM,MG_L,LINE

*DO,I,1,DN,1

CMSEL,S,MG_L

LSEL,R,LOC,Z,-D_SD-（I-1）*D_SD

CM,MG_L%I%,LINE

定义施工开挖施工隧道节段

VSEL,R,LOC,Z,-（I-1）*D_SD,-I*D_SD

CM,SD_V%I%,VOLU

定义喷射混凝土

ASLV,S$LSLA,S

LSEL,R,TAN1,Z

ASLL,U,1

CM,PH_A,AREA

CM,PH_L,LINE

CMSEL,S,PH_A

ASEL,R,LOC,Z,-（I-1）*D_SD,-I*D_SD

CM,PH_A%I%,AREA

CM,YYC_V,VOLU!

定义隧道及其周围部分的体积组

=========生成其他岩层=====

=======软岩层=====

先生成导线和引线

D1=60

NX1=11!

NZ1=11!

DDX1=W/（NX1-1）

DDZ1=D1/（NZ1-1）

CSYS,13$WPCSYS,,13

ALLSEL$ASEL,NONE$VSEL,NONE$LSEL,NONE

K,1E4+1,0,80

K,1E4+2,30,78

K,1E4+3,60,84

K,1E4+4,90,79

K,1E4+5,110,80

K,1E4+6,115,80.1

BSPLIN,1E4+1,1E4+2,1E4+3,1E4+4,1E4+5,1E4+6

*GET,DX1,LINE,0,NUM,MIN

K,1E4+11,0,80,0

K,1E4+12,0,78,20

K,1E4+13,0,83,40

K,1E4+14,0,80,60

K,1E4+15,0,80.1,65

BSPLIN,1E4+11,1E4+12,1E4+13,1E4+14,1E4+15

*GET,DX2,LINE,0,NUM,MAX

ADRAG,DX1,,,,,,DX2

CSYS,13$WPCSYS,1,13

WPOFFS,,,D1

ASEL,S,LOC,Z,D1,D1+200

ASEL,R,LOC,Y,H1+1,H1+50

ADELE,ALL,,,1

ASEL,S,LOC,Y,H1+1,H1+50

WPOFFS,W$WPROTA,,,90

ASEL,S,LOC,X,W,W+200

CM,RYC_A1,AREA!

定义线

LSLA,S

KSLL,S

VEXT,ALL,,,0,-50

NUMCMP,LINE

CM,RYC_V1,VOLU

删除不需要的部分

WPOFFS,,,D0$VSBW,ALL

VSEL,R,LOC,Z,0,D0

VSEL,S,LOC,Z,D0,D1

VDELE,ALL,,,1

=======土层和软岩层的生成=====

CSYS,13

WPCSYS,,13

WPOFFS,,H1-4

WPROTA,,90,

CMSEL,S,RYC_V1

VSBW,ALL

VSEL,S,LOC,Y,H1-4,200

CMSEL,A,YYC_V

VSEL,INVE

CSYS,19$WPCSYS,1,19!

WPOFFS,,,-（R1+LM+5）$VSBW,ALL

WPOFFS,,,2*（R1+LM+5）$VSBW,ALL

CM,RYC_V,VOLU

VSEL,S,LOC,X,0,100

VPTN,ALL

VSEL,R,LOC,Y,0,H1

CM,YYC_V,VOLU

*DO,I,1,NZ-1,1

CMSEL,U,YYC_V

WPOFFS,,,DDZ

CMSEL,U,SD_V

CMSEL,U,MG_V

CMSEL,U,YYC_V0

CM,YYC_V1,VOLU

====================网格划分====================

NMG=2

NPH=1

E_SIZE1=2

E_SIZE2=7

E_EIZE3=5

隧道及附近的划分

TYPE,1$MAT,3$REAL,1

CMSEL,A,SD_V

CMSEL,A,MG_V

ASLV,S$LSLA,S$KSLL,S

LSEL,R,TAN1,X$LSEL,R,TAN1,Y

LESIZE,ALL,,,1

LSEL,R,LENGTH,,LM

LESIZE,ALL,,,NMG

隧道周围

CMSEL,S,YYC_V

CMSEL,U,YYC_V1

ASEL,R,LOC,Z,0

TYPE,4

ESIZE,E_SIZE1

MSHKEY,2

MSHAPE,0,2D

AMESH,ALL

CMSEL,A,RYC_V

ESIZE,E_SIZE2

隧道及其周围的划分

TYPE,1

VSWEEP,ALL

软岩层的划分

CMSEL,S,RYC_V

ESLV,S

MPCHG,4,ALL

清楚面单元

ASEL,S,LOC,Z,0

ESEL,S,TYPE,,4

ASLE,R

ACLEAR,ALL

LATT,5,3,3$LMESH,ALL

CMSEL,S,PH_L

LESIZE,ALL,,,NPH

AATT,4,2,2

/AUTO,1

NUMMRG,NODE

NUMCMP,NODE

NUMCMP,ELEM

========================================

=========================求解分析========

=====================================

/SOLU

NSEL,S,LOC,Y,0$D,ALL,UY

NSEL,S,LOC,X,0$NSEL,A,LOC,X,W$D,ALL,UX

NSEL,S,LOC,Z,0$NSEL,A,LOC,Z,D0$D,ALL,UZ

ANTYPE,STATIC!

指定为静力学求解类型

NLGEOM,ON!

打开大变形求解

NROPT,FULL!

设定全N-R求解

OUTRES,ALL,ALL!

输出所有项，每一步都输出

NSUB,60,100!

设定子步数为6，最大不超过10

载荷步1，求解自重应力场

ACEL,,G!

施加重力加速度9.8

ESEL,S,TYPE,,2,3,1!

选择

EKILL,ALL!

杀死单元

ALLSEL!

选择所有元素

SOLVE

SAVE,S1,DB

载荷步2，采用循环进行施工阶段分析

CMSEL,S,SD_V%I%,

挖去左侧隧道下部的土

CMSEL,S,MG_L%I%$CMSEL,S,PH_A%I%

ESLL,S

ESLA,A

EALIVE,ALL!

激活锚杆和软喷

NSLE,S!

选择当前单元中所有节点

DDELE,ALL,ALL!

删除当前选择集中所有节点的约束

这样可以实现内部节点的选择和约束

ESEL,ALL!

选择所有单元

ESEL,S,LIVE!

选择所有活的单元

NSEL,INVE!

反向选择

D,ALL,ALL!

约束当前选择集中所有节点所有自由度

NS=I+1

SAVE,S%NS%,DB

载荷步3，第二段施工段

TIME,3

CMSEL,S,SD_V2

CMSEL,S,MG_L2$CMSEL,S,PH_A2

N