地铁盾构隧道掘进施工过程三维仿真分析-ANSYS命令流.doc
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第1章大型有限元软件ANSYS简介 12
10.1模型的建立
/TITLE，3DanalysisonshieldtunnelinMetro!
确定分析标题
/NOPR !
菜单过滤设置
/PMETH，OFF，0
KEYW，PR_SET，1
KEYW，PR_STRUC，1 !
保留结构分析部分菜单
/COM，
/COM，PreferencesforGUIfilteringhavebeensettodisplay:
/COM，Structural
1．材料、实常数和单元类型定义
/clear !
更新数据库
/prep7 !
进入前处理器
et,1,solid45 !
设置单元类型
et,2,mesh200,6
save !
保持数据
（2）定义模型中的材料参数。
!
土体材料参数
mp,ex,1,3.94e6 !
地表层土弹性模量
mp,prxy,1,0.35 !
地表层土泊松比
mp,dens,1,1828 !
地表层土密度
mp,ex,2,20.6e6 !
盾构隧道所在地层参数
mp,prxy,2,0.30
mp,dens,2,2160
mp,ex,3,500e6 !
基岩地层参数
mp,prxy,3,0.33
mp,dens,3,2160
!
管片材料参数，管片衬砌按各向同性计算
mp,ex,4,27.6e9 !
管片衬砌弹性模量
mp,prxy,4,0.2 !
管片衬砌泊松比
mp,dens,4,2500 !
管片衬砌密度
!
注浆层，参数按水泥土取值
mp,ex,5,1e9 !
注浆层弹性模量
mp,prxy,5,0.2 !
注浆层泊松比
mp,dens,5,2100 !
注浆层密度
save !
保持数据
2．建立平面内模型并划分单元
（1）在隧道中心线定义局部坐标，便于后来的实体选取。
local,11,0,0,0,0 !
局部笛卡儿坐标
local,12,1,0,0,0 !
局部极坐标
csys,11 !
将当前坐标转换为局部坐标
wpcsys,-1 !
同时将工作平面转换到局坐标
cyl4,,,,,2.7,90 !
画部分圆半径为2.7
cyl4,0,0,2.7,0,3,90 !
画管片层部分圆
cyl4,0,0,3,0,3.2,90 !
画注浆层部分圆
rectng,0,4.5,0,4.5 !
画外边界矩形
aovlap,all !
做面递加
nummrg,all !
合并所有元素
numcmp,all !
压缩所有元素编号
rectng,4.5,31.5,0,4.5 !
画矩形面
nummrg,all !
合并所有元素
numcmp,all !
压缩所有元素编号
save !
保持数据
（2）划分单元，如图10-1所示。
meshkey,1 !
选择划分方式为映射划分
type,2 !
采用Mesh200进行平面内的单元划分
lesize,1,,,6 !
对线设置单元数
lesize,2,,,6
lesize,3,,,6
amesh,1 !
对面1划分单元
lesize,4,,,6 !
对线设置单元数
lesize,8,,,2
lesize,9,,,2
amesh,2 !
对面2划分单元
lesize,5,,,6 !
对线设置单元数
lesize,10,,,1
lesize,11,,,1
amesh,3 !
对面3划分单元
lesize,12,,,3 !
对线设置单元数
lesize,13,,,3
lesize,6,,,3
lesize,7,,,3
lesize,14,,,8,2
lesize,16,,,8,0.5
amap,4,7,6,8,10 !
对面4采用MAP方式划分单元
amap,5,9,8,11,12 !
对面4采用MAP方式划分单元
save !
保持数据
（3）利用对称性划分单元得到下半部分模型，如图10-2所示。
arsym,y,all !
以y轴为对称轴进行镜像操作
nummrg,all !
合并所有元素
numcmp,all !
压缩所有元素编号
allsel,all !
选择所有元素
save !
保持数据
（4）建立隧道下方土层模型，如图10-3所示。
rectng,0,4.5,-4.5,-26 !
绘制下边界矩形面
rectng,4.5,31.5,-4.5,-26
nummrg,all !
合并所有元素
numcmp,all !
压缩所有元素编号
lesize,28,,,3 !
对线设置单元数
lesize,29,,,5,0.5
lesize,30,,,5,2
lesize,32,,,5,0.5
lesize,31,,,8,2
amesh,11 !
对面11和12划分单元
amesh,12
save !
保持数据
（5）建立隧道上方土层模型，如图10-4所示。
rectng,0,4.5,4.5,15 !
绘制上边界矩形面
rectng,4.5,31.5,4.5,15
lesize,34,,,3 !
对线设置单元数
lesize,35,,,4
lesize,33,,,4
lesize,36,,,4
lesize,37,,,8,0.5
amesh,13 !
对面13和14划分单元
amesh,14
nummrg,all !
合并所有元素
numcmp,all !
压缩所有元素编号
save !
保持数据
（5）利用对称性得到平面内的全部模型，如图10-5所示。
allsel,all !
选择所有元素
arsym,x,all !
以x轴为对称轴进行镜像操作
nummrg,all !
合并所有元素
numcmp,all !
压缩所有元素编号
save !
保存数据库
3．建立三维有限元模型
（1）通过沿隧道轴线进行拉伸，得到隧道及其所在地层的三维实体模型
!
沿隧道轴线定义一系列关键点，点间距为3m
*do,i,1,20 !
循环20次
k,,0,0,-3*i !
每次增加3m（纵向）
*enddo
!
沿着这些点建立线，便于后来体的拉伸
l,3,38 !
根据关键点生成线
*do,i,1,19
l,37+i,38+i !
通过关键点号循环增加生成线
*enddo
*do,i,1,20
lesize,64+i,,,1 !
循环对线设置单元数
*enddo
!
进行拉伸，拉伸后建立的完整模型如图10-6所示
type,1 !
选择拉伸单元为Solid45
mat,1 !
赋予拉伸单元材料参数
esys,11 !
选择单元坐标
extopt,aclear,1 !
设置拉伸选项，即拉伸完成后删除母单元Mesh200
csys,12
*do,i,1,20
asel,s,loc,z,-3*（i-1） !
选择拉伸的面
vdrag,all,,,,,,64+i !
进行拉伸
*enddo
allsel,all !
选择所有元素
nummrg,all !
合并所有元素
numcmp,all !
压缩所有元素编号
allsel,all !
选择所有元素
save !
存储数据库
（2）分层赋给土体材料参数。
!
赋予隧道所在地层材料参数
csys,0 !
改变坐标系
nsel,s,loc,y,-10.5,5 !
选择节点
esln,s !
选择单元
mpchg,2,all !
改变材料参数
!
赋予基岩材料参数
nsel,s,loc,y,-11,-26 !
选择节点
esln,s !
选择单元
mpchg,3,all !
改变材料参数
10.2施工过程三维仿真分析
10.2.1加载与自重应力场求解
1．施加边界条件
（1）并进行求解设置。
Finish !
返回上一次主菜单
/solu !
进入求解器
csys,0 !
改变坐标系
/view,1,-1,0.5,1 !
改变视图显示方向
/replot !
重新绘制
eplot !
显示单元图
save !
保存数据库
nsubs
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