隧道力学作业Ansys数值模拟不同埋深隧道的围岩应力.docx

1、隧道力学作业Ansys数值模拟不同埋深隧道的围岩应力Ansys数值模拟不同埋深隧道的围岩应力1.理论基础围岩在隧道开挖过程中会经历三种应力状态， 依次为初始应力状 态、二次应力状态和三次应力状态。（1） 初始应力状态初始应力状态，又称一次应力状态，泛指隧道开挖前的岩体的初 始静力场，它的形成与岩体的构造、性质、埋藏条件以及构造运动的 历史等有密切关系。（2） 二次应力状态隧道开挖后，导致围岩应力重新分布，此时称为二次应力状态。（3） 三次应力状态隧道开挖后围岩应力进行了重分布，当修筑衬砌并达到稳定时围 岩应力状态称之为三次应力状态。2.计算实例现对一平地进行开挖，开挖半径 5m （拱形），拟定

2、三种不同埋深13.25m、30m 50m利用ansys数值模拟山体的原始应力场以及开挖后不加支护的应力状态。围岩属性见下表：EX （弹模）PRX Y（泊松比）DEN（围岩容重）粘聚力内摩擦角5勺090.35190050“50“3.输出结果(1)初始地应力场HOOAL SOLUTIONSTEN1SUB 7TIME=1SI (AVG)IMX =,008403SEN =-593420SKX 1573-59342D -461B99 -330377 -193055 -67334-527660 -396138 -254616 -13309 -1573图1.1第一主应力状态ElODAL, SOLUTiaN5

3、TEP=1SUB -1TIME=1S3 (AVGJrm -.000403SMN =- 138E4-07SHX =-5549T?17兀 -4ei2SS-ClassiOCT 10 201323:38:201思卩站.i33E*27图1.2第三主应力状态T-TCTORSTEP=1SUB -1TIME=1SPRIN1PRIN3ANOCT 10 201323:39:45(2)拱形隧道、13.25m埋深JODAI SOLUTION-584916 -9932 -31490 -179964 -449S1-5172 -3620 -2756 -11272 22511图2.1第一主应力状态NOEAL SOLUTION

4、STEP=1SUE =1TIME=1S3 (AVG)DMX *.008549SW =-.137E+O7 郦6006MXOCT 10 2013 23:40:24f 1QCE+DT-1530-157111 13 !*(!?-9 mas-ciows-S093100图2.2第三主应力状态1VECTOR5TEB=1SUB =1ANOCT 10 201323:40:3&TIME=1PRIN1PRIN3-(3)拱形隧道、30m埋深NODAL SOLUTIONS1EP=LSUB =1T1ME=151 (AVG)EKX -.008729SMN *-537930SEX =39691OCT 10 201323:55

5、:40-587930 -礬昶 59 -30S93S -1951 -30045-518194 -376723 -239252 -99781 39691图3.1第一主应力状态ElODAL SOLUTION5TEP=15CTB -1TIME=1S3 (A7G)m -.OOS729SMN =-,174E+07SMX =-13090MXOCT 10 201323sS5:58-.lasE+o*?-r 15 5E+Q7 - - llffi+Cll-t0997-9Bires4-laoao图3.2第三主应力状态VECTORSTEP=1TIW=1SANOCT 10 201323:56:29PRIM1FRIN3图3

6、.3应力矢量图(4)拱形隧道、50m埋深NODAL SOLUIIONSTE13UB =1TIME=121 (AW)DMX =+0089SMN =-54530SMK =1167OCT 11 2013 00:13:09-654530-4S3109-14026531156-568819-397398-225976 -5554-siiea?116867图4.1第一主应力状态NODAL SOLIHIONSTEPwlSUB =1OCT 11 201300:16:29TIME=1S3 (AV&)DHX =.00896SHN .263E+07SMX S-21S67.-B.2flSE*G7 -V1JI7E+O,

7、? fl9473234E+a7 -.176E+07 -.11BE+D7-aioaea-CflD.171-2157图4.2第三主应力状态VECTOR5TEP-15DB =1TUE=15PRIN1ERI1I3ANOCT 11 201300:1:174.总结随着隧道的日益增多 , 隧道的绝对埋深越来越大 , 与隧道埋深有 关的问题也越来越多， 此次作业正是通过 ansys 模拟不同埋深隧道的 应力状态情况。由图可得， 在原始应力状态下， 围岩应力呈层状分布。 开挖过后， 坑道附近围岩应力开始出现明显变化，13m埋深的时候，顶部和底部 都出现了拉应力，30m埋深和50m埋深的时候拉应力逐渐消失，呈受 压状态。同时随着埋深的增加，隧道顶部、底部、侧壁所受的压应力 也在增加， 同时应该意识到， 侧壁处在较大的压应力作用下是造成侧 壁剪切破坏或岩爆的主要原因之一， 而且，常常是整个隧道丧失稳定 的主要原因，在设计中我们应该予以足够的重视。