Phase2 60软件应用分析报告.docx

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Phase260软件应用分析报告

Phase26.0软件应用分析报告

---双洞单线隧道开挖

院系：

交通运输工程学院

专业：

城市地下空间专业

学科：

专业软件使用

姓名：

***

学号：

*********

指导老师：

***

完成时间：

2014年05月30日

一、软件简介

1.1.phased的介绍………………………………………………..3

1.2Phase的特点……………………………………………………5

二、设计内容

2.1隧道类型选型…………………………………………………..6

2.2开挖步数…………………………………………………………..6

2.3岩层顺序…………………………………………………………..6

2.4岩层的厚度和高程…………………………………………..6

2.5地下水的类型和数值…………………………………………6

三、岩层情况

3.1岩石名称……………………………………………………………7

3.2容重d/（kg。

m-3）、弹性模量………………………..7

3.3内聚力、摩擦角和抗拉强度……………………………7

四、开挖方式

4.1台阶法工法特点………………………………………………8

4.2工艺原理………………………………………………………...8

4.3施工工艺流程及操作要点……………………………..8

4.4质量控制…………………………………………………………..9

五、支护方式

5.1施工工艺……………………………………………………………………10

5.2工艺流程…………………………………………………………………….10

六、分析总结………………………………………………………………….11

一、软件简介

1.1phased的介绍

Phase2是一款功能强大的岩土工程弹塑性有限元分析软件，它被广泛应用于各类工程项目分析中，包括地表或地下开挖的支护设计、边坡稳定分析、地下水渗流分析以及概率分析等领域。

Phase2能够轻松、快速地完成复杂的、多工况步的模型的建模分析，诸如软岩或多节理岩体中的隧道、地下厂房洞室群、露天矿坑和边坡、坝体、土工合成材料加筋土结构稳定性等等，能够分析渐进破坏、土与结构相互作用及各种其它问题。

Phase2提供全面的支护结构类型模拟，如喷射混凝土、混凝土、钢支架系统、桩、多层复合衬砌、土工织物等。

在结果查看时，Phase2能够对所有支护受力进行绘图，使用户能够判断支护结构的安全裕度。

螺栓类型的支护结构包括端结型锚杆、全长粘结型锚杆、锚索、分裂型锚固组件和灌浆锚杆等。

Phase2的另外一个重要的功能是基于有限元法的强度折减边坡安全系数计算。

使用Mohr-Coulomb或者Hoek-Brown强度准则，对强度折减的安全系数计算完全自动进行。

当进行边坡安全系数计算时，Phase2与Slide的模型可以互相导入，这样可以对比极限平衡法和有限元计算的安全系数以及滑面的差别，为设计提供更全面的参考。

同时，Phase2也能进行渗流分析，用户定义水力边界条件和材料渗透系数，软件求解孔隙水压力分布以及流径和水力梯度，孔隙水压力结果可以自动耦合到应力分析中。

岩石或土体的本构模型包括Mohr-Coulomb、广义Hoek-Brown和剑桥模型。

Phase2 V8.0新增了一个功能，允许用户自行定义基于统计学模型的节理裂隙网络，只需输入相关统计参数，软件会自动生成节理网络。

Phase2 V8.0现在支持64位和多核并行处理器，能够在短时间内完成大规模和复杂模型的求解。

1.1被断层切割的砂岩边坡中高速公路隧道开挖和支护分析及地下厂房硐室支护 

1..2Phase的特点

Ø        三角形或四边型等有限元网格的自动生成；

Ø        平面应变或轴对称开挖问题的分析，开挖过程可多达50步；

Ø        多样化的材料种类：

Hoek-Brown、Mohr-Coulomb、Drucker-Prager等多种材料模型；

Ø        各向同性、横观各向同性等弹性材料模型；

Ø        支护形式－锚杆（部分锚固，全部锚固，分离装置，用户自定义等）

Ø        混凝土垫层，复合垫层等多种垫层形式；

Ø        地下水有效孔隙水压力分析；

Ø        弹性或非线性联结；

Ø        恒定或重力的远端应力场；

Ø        分析结果的图形显示和输出；

Ø        AutoCADDXF 文件的导入和导出。

二.设计内容

2.1隧道类型选型

设计一个不同断面开挖的隧道，并完成开挖到支护的模拟过程，隧道均是双洞单向，结合隧道工程的课程设计要求进行设计。

图2.1

2.2开挖步数

学号尾号单数开挖步数为奇数,学号尾号双数开挖步数为偶数（为偶数）

2.3岩层顺序

学号尾数单号的岩石顺序：

1-2-3-4-5,学号尾数双号的岩石顺序：

5-4-3-2-1（为双号）

2.4岩层的厚度和高程

岩层的厚度和高程自行设计。

2.5地下水的类型和数值

经钻探揭露，场区地下水有二种类型，即上层滞水和下部粉、细砂层中的承压水。

根据场地地层的岩土性质，将场地内各土层含隔水性划分如下：

第①层杂填土具大孔隙，为弱含水层，第②、③层粉质粘土为相对隔水层，第④层粉砂夹粉土、⑤层细砂为含水层。

　上层滞水：

上层滞水赋存于①层杂填土中，水量较小，主要受大气降水的补给，与季节关系密切，雨季水位高，旱季水位低。

勘察时测得上层滞水水位埋深0.6-1.05米，图上标注该水位。

　　承压水：

赋存于④层粉砂夹粉土、⑤层细砂中，该承压水主要接受临区含水层侧向补给，层间侧向径流排泄，受大气环境影响不大。

勘察时测得承压水水位埋深为1.6-1.9米

三.岩层情况

岩石名称

容重d/（kg。

m-3）

弹性模量

/MPa

泊松比

内聚力/MPa

摩擦角

/°

抗拉强度/MPa

1

粉砂岩

2460

1.95e4

0.2

2.75

38

1.84

2

泥岩

2461

0.875e4

0.26

1.2

30

0.605

3

砂岩

2487

1.35e4

0.123

2.06

40

1.13

4

砂质泥岩

2510

0.5425e4

0.147

2.16

36

0.75

5

细砂岩

2873

3.34e4

0.235

3.2

42

1.29

四.开挖方式

4.1台阶法工法特点

4.1.1只需要在原有的全断面或半断面开挖台架上增设拼装式悬臂平台供微台阶钻眼、喷砼作业使用，不需增加其它设备；

4.1.2上下台阶同时钻眼、放炮、出碴；

4.1.3上下导坑部分工序可平行作业，节约时间。

上导微台阶初喷后，可集中作业人员打锚杆、安钢架；上导拱架安装后，作业人员撤至下导打锚杆、安钢架，上导可同时进行喷砼作业；

4.1.4开挖作业占用空间减少，工序间相互干扰降低，仰拱、二衬等后继工序距掌子面的距离可控制在30～35m，满足强制性规定要求；

4.1.5较之短台阶开挖法，微台阶法施工进度明显加快。

在满足工序安全步距的前提下，若采用短台阶法施工，Ⅳ级围岩月进度最快能达70m；采用微台阶法施工，月进度可保证80～90m，围岩变化不大、工序衔接正常情况下，月进度最快可达90m。

4.2工艺原理

隧道微台阶开挖工法由全断面和短台阶开挖工法衍变而来，利用一个开挖台架完成上下导坑钻眼、装药，同时起爆、同时出碴，以此缩短工序间的衔接时间差，同时给后续工序仰拱施工提供更大的空间，缩小了掌子面与仰拱之间的距离，保证了隧道工序安全步距满足铁道部相关强制性规定要求，保障了隧道施工安全和进度。

4.3施工工艺流程及操作要点

4.3.1微台阶法开挖及支护作业工艺流程如图4.1。

4.3.2操作要点

4.3.3上下台阶长度、高度确定：

上台阶长度为3～5米，高度为4.0米，下台阶高度为6.2m，微台阶法开挖立面、纵断面图见图。

4.3.4施工台架加工

微台阶施工台架可用原有的半断面或全断面施工台架改装而成，需要在台架掘进前进方向增加悬臂操作平台，参见图。

图4.1微台阶法开挖及支护作业工艺流程

4.4施工顺序说明

（1）IV级围岩每循环开挖进尺2m，V级围岩每循环开挖进尺0.8m；

（2）平行作业工序为：

上台阶初喷、打锚杆、立架、挂网工序与出碴工序同时进行，上台阶喷砼与下台阶初喷、打锚杆、立架、挂网同时进行；

4.5质量控制

4.5.1钻孔：

钻眼时严格按爆破设计布孔，由于上台阶拱脚处易出现欠挖或超挖，该处周边眼加密布置，控制在35～40cm之间，掏槽眼采用楔形掏槽；

4.5.2装药：

为控制超欠挖，应按光面爆破控制装药量，周边眼采用间隔装药方式；

4.5.3起爆顺序：

掏槽眼→辅助眼→周边眼→底板眼，底板眼可较常规装药量大，目的是起到抛碴作用；

4.5.4喷射砼：

为确保喷射砼的强度质量，采用湿喷砼，湿喷砼的坍落度控制在12～16cm，同时还可降低粉尘和回弹量。

五.支护方式

5.1施工工艺

（1）锚杆的构造要求

1）锚杆采用HRB335级Φ22钢筋，长度从8.2～１０米。

具体见计算书。

2）锚杆上下排垂直间距1m，水平间距1m。

3）锚杆倾角为12.5°。

4）锚杆锚固体采用水泥砂浆，其强度等级不宜低于M10。

5）喷射混凝土厚度10cm。

6）钢筋网片φ10@100mm×100mm。

7）注浆压力为0.6Mpa，根据具体情况压力可适当提高。

5.2工艺流程

1）锚杆施工工艺流程：

土方开挖→修整边壁→测量、放线→钻机就位→接钻杆→校正孔位→调整角度→钻孔（接钻杆）→钻至设计深度→插锚杆→压力灌浆养护→裸露主筋除锈→上横梁

2）喷射混凝土面层施工工艺流程：

立面子整→焊接钢筋网片→干配混凝土料→依次打开电、风、水开关→进行喷射混凝土作业→混凝土面层养护。

六分析总结

（1）由该软件模拟计算得到的图型我们可以直观地看到应力、位移和塑性区等分布图。

在主应力（

和

）的应力分布图中，由于岩体自重的影响，主应力整体上是随着深度的增加不断增大，图5中还可以看到应力集中现象，与我们在《弹塑性力学》所学到的知识相对应；在位移（水平位移、竖向位移及变形后的整体图象）分布图中，我们可以看到模型不同位置的水平位移、竖直位移和总位移情况，模型中二级岩体整体上位移变化量为零，表明二级岩体比较稳定，我们还可以观察到五级岩体边坡产生明显滑动，表明该边坡稳定性较差；在塑性区分布图中可以看到五级岩体基本上为塑性区，这也表明该边坡稳定性差。

（2）该软件还能模拟添加等水位线对隧道稳定性的影响。

添加等水位线后可以观察到隧道稳定性变差，模拟结果也符合工程实际情况。

这说明数值分析软件phase2是可以比较精准的反映出边坡工程的实际情况。

（3）通过数值模拟软件，我们可以比较清楚直接的看到隧道的整体应力和应变等图，直观的反映出了隧道的开挖情况，为我们合理地开挖和有效防护提供了有效依据，体现出数值分析的优越性，是一种经济适用的好方法。