[整理]一个隧道建模的例子.
隧道的计算模型及数值法在隧道计算模型中的应用
隧道的计算模型及数值法在隧道计算模型中的应用摘要：本文介绍了地下工程中常用的四种设计模型：经验设计法、收敛-约束法、载荷-结构模型及连续介质模型。
重点阐述了隧道设计计算方法的两种常用方法：载荷-结构法和地层-结构法，并利用ABAQUS有限元软件分别对两种计算方法下的模型进行了数值模拟和结果分析，得到了一些有意义的结论。
关键词：设计模型、载荷-结构法、地层-结构法、ABAQUS1 隧道结构设计发展历程及现状地下结构的计算理论发展较晚。
在一定时期内，地下结构物只是作为一种特殊的结构物来处理，主要依靠经验进行建设。
随着地上结构计算理论的发展，部分理论才开始应用于地下结构。
然而经过长时间的实践探索，人们逐渐认识到地下结构的受力与地面结构完全不同，特别是地层抗力概念的引入，地下结构计算理论才真正开始建立。
隧道结构的设计理念的发展经历了刚体力学、弹性力学、粘弹性力学、弹塑性力学和粘-弹-塑性力学几个发展阶段。
早期的地下建筑多采用以砖石为主要建筑材料的拱形结构，因而计算方法主要采用拱桥的设计理念，采用压力线理论将地下结构视为刚性的三铰拱结构。
以此为代表的主要有海姆（A. Haim）理论、朗肯（W. J. M. Rankine）理论[1]。
这些方法将地下结构置于极限平衡状态，可按静力学原理进行计算。
但刚性设计方法比较保守，没有考虑围岩自身的承受能力。
十九世纪后期，随着钢筋混凝土材料大量应用于建筑结构，将超静定计算方法引入地下结构计算。
O. Kommerell（1910）在整体式隧道衬砌的计算中首次引入弹性抗力概念，将衬砌边墙所受抗力假设为直线分布，并将拱圈视为无铰拱结构[2]。
Hewett 和Johason（1922）在此基础上将弹力抗性分布假设为更接近实际情况的梯形，并以衬砌水平直径处的位移等于零为条件来确定衬砌抗力幅值[3]。
H. Schmid 和R. Windels （1926）利用连续介质弹性理论分析了地层和圆形衬砌间的相互作用[4]。
(完整word版)Udec计算算例
1.3 UDEC算例1.3.1工程概况某隧道位于一包含高角度连续节理岩体内，节理倾角为50度，平均间距为7m，隧道为一半径为9m的圆形隧道。
贯穿于开挖面内的一垂直断层，在隧道拱顶形成了一个三角楔形体。
本算例使用UDEC的结构单元逻辑来模拟喷射混凝土和锚杆联合支护的圆形隧道开挖问题。
1.3.2构建模型隧道埋深451m，为半径9m圆形隧道，本次计算模型左右边界取41m，隧道至上下边界也取41m。
总的来说，模型长100m，宽100m。
计算模型如图1-1所示。
图1-1 UDEC计算模型1.3.3计算参数在包含高倾角节理和垂直断层的岩体内进行圆形开挖的UDEC模型岩体、节理和断层参数如下所示：表1-1 完整岩石物理力学参数密度Dens （kg/m3）体积模量K（Gpa）剪切模量G（Gpa）2500 1.5 0.6表1-2 节理、断层物理力学参数表1-3 喷射混凝土物理力学参数表1-4 岩体和喷射混凝土接触面物理力学参数表1-5 锚杆物理力学参数作为演示的目的，隧道开挖和支护是瞬时发生的。
本算例共两种支护分析被计算：第一，只施加喷射混凝土衬砌；第二，喷射混凝土和锚杆联合提供支护。
为了在第二种支护情况分析中可以更清晰的看到锚杆提供的支护，算例采用喷射混凝土的抗压强度被设置成一个很低的值，且厚度仅取为10cm。
1.3.4模拟步骤1.建立模型在UDEC中输入以下命令可建立隧道结构模型及边界。
如图1-2所示。
newround 0.1block -50,-50 -50,50 50,50 50,-50 jset -50,0 100,0 0,0 7,0 ；刷新UDEC窗口，重新调用一个新程序；块与块之间的圆角半径，必须小于块体最小边的1/2 ；建立模型框架；设置节理crack -6 -50 -6 50 tunnel (0,0) 9,16 del range area 0.08 gen edge 10 ；设置断层；模拟开挖隧道边界；删除面积小于0.08的块体；自动划分单元，单元最大边长不超过10图1-2 初步模型图2.设置单元属性和材料特征在UDEC中输入如下命令设置单元属性和材料特征。
udec模拟实例
6.4喷射混凝土UDEC模拟6.4.1 UDEC简介刚体离散单元法一般认为Cundall于1971年提出来的。
该法适用于研究在准静力或动力条件下的节理系统或块体集合的力学问题，最初用来分析岩石边坡的运动。
该法是在牛顿第二定律的基础上建立起来的, 假设块体为准刚度体，块体运动主要受节理或弱面控制。
刚性块体的假设对于应力水平较低的问题，如边坡稳定是合理的。
将节理岩体视为由裂隙切割的非连续介质，相互切割的裂隙将岩体分成相互独立的块体单元，单元之间可以看成是角-角接触、角-边接触或边-边接触。
块体间的边-边接触可分解为由两个角-边接触而成，并且随着单元的平移和转动，允许调整各个单元之间的接触关系，最终块体单元可能达到平衡状态，也可能一直运动下去。
这些块体在平衡条件发生变化时，块体之间就产生相互作用力，从而导致块体产生一定的加速度和位移，使块体的空间位置和状态发生变化。
运动的块体之间，由于差异位移矢量的存在，从而使块体之间又发生新的作用力，根据新的力系，又可以计算出来各个块体在新的力系下的加速度、位移及新的运动位置。
如此反复迭代直到整个体系在新的力系作用下达到平衡状态为止，这样整个岩体的破坏运动过程就被真实的模拟出来。
离散单元法可以对由不同块体构成的整体进行应力、应变的分析计算，各不同块体之间通过接触点的耦合而互相连接在一起。
就大多数岩体来说，其构造弱面的刚度和强度均比岩石本身要小得多，从这点出发，为了减少研究对象的不确定性（自由度）的数量，通常假定各不同岩石块体为刚性，结构产生的总位移仅仅是由各接触点（面）的变形所引起。
这里的研究对象被认为是各种离散块体的堆砌，块体之间的相互作用力可根据位移和力的关系式来求解，单个块体的运动遵循牛顿运动定律，即力和力矩的平衡。
数值分析模型的建立必须满足平衡方程、变形协调方程和本构方程，此外，还需要满足一定的边界条件。
但离散元块体之间不存在变形协调的约束，因为块体之间是彼此互不约束的，因而仅需满足物理方程和运动方程。
课程设计隧道模板
课程设计隧道模板一、引言在课程设计过程中，为了满足隧道工程的设计要求和规范，设计一个合适的隧道模板是非常重要的。
本文将介绍一个适用于课程设计的隧道模板及其重要性。
二、背景和意义隧道是一种在山区、水域下或交通干线中建设的人工通道。
在隧道的设计中，需要考虑到安全、经济和环境等因素，因此使用一个合适的模板来进行设计是至关重要的。
三、隧道模板的结构1. 概述隧道模板主要包括整体结构、材料选取、强度计算等内容。
在整体结构方面，应该包括隧道的几何形状、断面形式等信息。
材料选取包括隧道衬砌材料、支护材料等的选用，以及相关的参数计算等。
强度计算方面，应该考虑到隧道在施工和使用过程中的承载能力。
2. 隧道几何形状隧道几何形状是指隧道的断面形式，包括圆形、椭圆形、矩形等。
根据具体情况选择合适的几何形状，并给出详细的参数计算过程。
3. 材料选取隧道的衬砌材料应该具备足够的强度和稳定性，常用的材料有混凝土、钢筋混凝土等。
此外，还需要选择合适的支护材料，如钢支撑、锚杆等，以确保隧道的稳定性和安全性。
4. 强度计算在隧道的设计过程中，需要进行强度计算，以验证隧道的承载能力是否满足要求。
具体的计算包括挡土墙的稳定性计算、支护结构的强度计算等。
根据不同的设计要求和地质条件，进行详细的计算和分析。
四、隧道模板的实施在使用隧道模板进行课程设计时，应该遵循以下步骤：1. 收集背景资料在开始隧道设计之前，应该收集相关的背景资料，包括地质调查报告、建设规范等。
这些资料可以作为设计的依据和参考。
2. 设计隧道几何形状根据收集到的背景资料，确定隧道的几何形状，并进行详细的参数计算。
可以使用相关的计算软件进行辅助设计。
3. 选择材料和计算强度根据隧道的几何形状和设计要求，选择合适的材料，并进行强度计算。
确保材料的选择和强度计算符合相关规范要求。
4. 绘制隧道设计图纸根据隧道模板的要求，绘制详细的隧道设计图纸，包括几何形状图、支护结构图等。
确保图纸的绘制准确、清晰。
隧道工程方案实例分析题
隧道工程方案实例分析题一、前言隧道工程是一种重大的土木工程项目，它在城市交通、交通基础设施以及水利、能源等领域具有重要的作用。
隧道的施工需要克服地质条件、施工技术和管理等多方面的挑战，因此隧道工程方案的设计至关重要。
本文将以某城市地铁隧道工程为例，对隧道工程方案进行详细分析，以期对隧道工程方案的设计和实施提供有益的参考。
二、项目概况某城市地铁隧道工程是该城市交通基础设施建设的重要项目，该项目总长约10公里，包括地下隧道和地下车站等部分。
项目起于市区A地，止于市区B地，穿越了若干条主干道和水系，对交通和市容造成了一定的影响。
因此，隧道工程方案的设计需要综合考虑交通、地质、环保、安全等因素，力求在最短的时间内、最小的成本下，完成项目，并保证工程质量和安全。
三、地质条件分析在该城市，地下地质条件比较复杂，主要包括砂岩、泥岩和砾石等。
此外，隧道工程将穿越若干水系，面临洪水、地下水等风险。
因此，在隧道工程方案设计中，需要对地质条件进行充分的调查和分析，确定隧道的走向、纵断面和支护方式等关键参数，以保证隧道的稳定和安全。
四、工程方案设计1. 隧道布置方案在考虑地质条件和交通需求的基础上，本项目确定了隧道的布置方案，即沿主干道纵向布置，设定了地下车站的位置，并进行了地质勘探和地质力学分析。
通过对地质力学参数、地下水情况、地下建筑物等因素的分析，确定了隧道的纵断面形式和支护方式。
2. 施工方案为了保证隧道工程的施工质量和安全，本项目制定了详细的隧道施工方案。
施工方案包括隧道的开挖、支护、排水、通风、甬道施工等内容，为每个施工环节制定了详细的操作规程和施工方案，并制定了应急预案，以应对可能出现的突发状况。
3. 设备方案本项目为了保证隧道施工的高效和安全，选择了适合的施工设备和技术。
在隧道开挖和支护过程中，采用了盾构机、顶管法等最新的施工设备和技术，提高了施工效率和质量。
4. 安全与环保方案考虑到隧道工程会对周边环境和市民的生活产生一定的影响，本项目特别注重安全和环保方案的设计。
FLAC模拟隧道开挖支护的实例
FLAC模拟隧道开挖支护的实例FLAC3D3.0在某隧道工程开挖支护中的应用隧道建模命令流入下：set log onset logfile yang.loggen zon radcyl p0 0 0 0 p1 9.0 0 0 p2 0 50 0 p3 0 0 8 &size 4 20 6 4 dim 6 5 6 5 rat 1 1 1 1 group 围岩gen zon cshell p0 0 0 0 p1 6.0 0 0 p2 0 50 0 p3 0 0 5.0 &size 4 20 6 4 dim 5.6 4.6 5.6 4.6 rat 1 1 1 1 group 初期支护gen zon cshell p0 0 0 0 p1 5.6 0 0 p2 0 50 0 p3 0 0 4.6 &size 4 20 6 4 dim 5.0 4.0 5.0 4.0 rat 1 1 1 1 group 二次衬砌 fill group 原岩gen zon radcyl p0 0 0 0 p1 0 0 -8.0 p2 0 50 0 p3 9.0 0 0 &size 4 20 6 4 dim 3 6 3 6 rat 1 1 1 1 group 围岩2gen zon cshell p0 0 0 0 p1 0 0 -3.0 p2 0 50 0 p3 6.0 0 0 &size 4 20 6 4 dim 2.6 5.6 2.6 5.6 rat 1 1 1 1 group 仰拱初期支护gen zon cshell p0 0 0 0 p1 0 0 -2.6 p2 0 50 0 p3 5.6 0 0 &size 4 20 6 4 dim 2 5 2 5 rat 1 1 1 1 group 仰拱二次衬砌 fill group 仰拱原岩gen zone reflect normal -1 0 0gen zone radtun p0 0 0 0 p1 45 0 0 p2 0 50 0 p3 0 0 20 &size 3 20 3 12 dim 9 8 9 8 rat 1 1 1 1.1 group 围岩3gen zon reflect dip 0 ori 0 0 0 range x 0 9 y 0 50 z 8 20gen zon reflect dip 0 ori 0 0 0 range x 9 45 y 0 50 z 0 20gen zon reflect dip 90 dd 270 ori 0 0 0 range x 0 9 y 0 50 z 8 20gen zon reflect dip 90 dd 270 ori 0 0 0 range x 0 9 y 0 50 z -8 -20gen zon reflect dip 90 dd 270 ori 0 0 0 range x 9 45 y 0 50 z -20 20gen zon brick p0 -45 0 -20 p1 -45 0 -40 p2 -45 50 -20 p3 45 0 -20 &size 5 20 6 rat 1.1 1 1 group 围岩4save tun_model.sav假设围岩岩体符合mohr-coulomb本构模型，给围岩赋参数命令流如下，; mohr-coulomb modelmodel mohrdef derives_mod1=E_mod1/(2.0*(1.0+p_ratio1))b_mod1=E_mod1/(3.0*(1.0-2.0*p_ratio1))s_mod2=E_mod2/(2.0*(1.0+p_ratio2))b_mod2=E_mod2/(3.0*(1.0-2.0*p_ratio2))endset E_mod1=0.6e9 p_ratio1=0.27 E_mod2=0.8e9 p_ratio2=0.26deriveprop bulk b_mod1 shear s_mod1 cohe 1.8e6 tens 0.8e6 fric 30 range z 4.5 20prop bulk b_mod2 shear s_mod2 cohe 2.8e6 tens 1.0e6 fric 35 range z -40 4.5ini dens=2300set grav 0 0 -10; boundary and initial conditionsapply szz -1.4e6 range z 19.9 20.1fix z range z -40.1 -39.1fix x range x -45.1 -44.9fix x range x 44.9 45.1fix y range y 49.9 50.1hist unbalhist gp xdis 6.0,0,0hist gp zdis 0,0,5hist gp xdis 6.0,50,0hist gp zdis 0,50,5plot hist 3solvesave tun_nature.sav对后面计算而言，模型建立时岩体在开挖前认为位移已经终了，因此需要对位移进行“清零”，而应力可以保留。
ansys隧道开挖实例
3.4 ANSYS隧道开挖模拟实例分析3.4.1 实例描述选取新建铁路宜昌（宜）－万州（万）铁路线上的某隧道，隧道为单洞双车道，隧道正下方存在一个溶洞，隧道支护结构为曲墙式带仰拱复合衬砌。
主要参数如下：◆隧道衬砌厚度为30cm。
◆采用C25钢筋混凝土为衬砌材料。
◆隧道围岩是Ⅳ级,隧道洞跨是13m，隧道埋深是80m。
◆溶洞近似圆型，溶洞半径是3.6m,溶洞与隧道距离12.8m。
◆围岩材料采用Drucker-Prager模型。
◆隧道拱腰到拱顶布置30根25Φ锚杆。
隧道围岩的物理力学指标及衬砌材料C30钢筋混凝土的物理力学指标见表3-7所示。
表3-7 物理力学指标名称容重γ（3/mkN）弹性抗力系数K（MPz/m）弹性模量E（GPa）泊松比v内摩擦角ϕ（。
）凝聚力C（MPa）Ⅳ级围岩22 300 3.60.32370.6C25钢筋混凝土25 - 29.50.15542.42锚杆79.6 - 1700.3-- 利用ANSYS提供的对计算单元进行“生死”处理的功能，来模拟隧道的分步开挖和支护过程，采用直接加载法，将岩体自重、外部恒载、列车荷载等在适当的时候加在隧道周围岩体上。
利用ANSYS后处理器来查看隧道施工完后隧道与溶洞之间塑性区贯通情况，来判断隧道底部存在溶洞情形时，实际所采用的设计和施工方案是否安全可行。
3.4.2 ANSYS模拟施工步骤ANSYS模拟计算范围确定原则：通常情况下，隧道周围大于3倍洞跨以外的围岩受到隧道施工的影响很小了，所以，一般情况下，计算范围一般取隧道洞跨3倍。
但因为本实例隧道下部存在溶洞，所以，垂直方向：隧道到底部边界取为洞跨的5倍，隧道顶部至模型上部边界为100米，然后根据隧道埋深情况将模型上部土体重量换算成均布荷载施加在模型上边界上；水平方向长度为洞跨的8倍。
模型约束情形：本实例模型左、右和下部边界均施加法向约束，上部为自由边界，除均布荷载外未受任何约束。
围岩采用四节点平面单元（PLANE42）加以模拟，初期支护的锚杆单元用LINK1单元来模拟，二次衬砌支护用BEAM3来模拟，计算时首先计算溶洞存在时岩体的自重应力场，然后再根据上述方法模拟开挖过程。
seatunnel案例
seatunnel案例一、背景介绍座隧工程（seatunnel）是指建造在水下，用于连接两个陆地之间的隧道。
这种类型的隧道在现代交通建设中发挥着重要的作用，能够解决水域交通的难题，提升交通效率和便捷性。
本文将以seatunnel案例为例，深入探讨座隧工程的相关内容。
二、seatunnel案例的背景座隧工程作为一种重要的交通基础设施，经历了长期的发展和改进。
seatunnel案例是一个成功的座隧工程示范项目，在技术和设计方面具有突出的特点。
2.1 项目目标seatunnel案例的主要目标是在两个陆地之间建造一条高效便捷的座隧隧道。
该隧道的主要用途是承载大量车辆和行人，缓解陆地交通压力，提高交通效率和便捷性。
2.2 工程规模seatunnel案例的座隧工程规模较大，隧道的长度约为10公里，直径约为15米。
隧道设计了多个车道和行人通道，以适应不同的交通需求。
2.3 工程技术seatunnel案例的座隧工程采用了先进的技术和材料。
隧道结构采用了混凝土和钢材的复合结构，以确保隧道的稳定性和安全性。
同时，为了提高交通流量和通行效率，seatunnel还配备了智能交通管理系统，包括车辆识别和流量控制等技术。
2.4 环境考虑seatunnel案例在设计和建设过程中充分考虑了环境因素。
为了减少对水生生物的影响，隧道采用了环保材料，并设计了通风系统和环境监测设备，以保护水域生态环境的完整性。
三、座隧工程的优势座隧工程相比其他交通解决方案具有以下优势：3.1 优化交通流量座隧工程可以有效地分流陆地上的交通流量，缓解交通拥堵问题。
通过座隧隧道，车辆和行人可以快速跨越水域，减少陆地上的交通瓶颈，提高交通流畅度。
3.2 提高通行效率座隧工程的设计和技术使得交通流量能够得到有效管理和控制。
智能交通管理系统可以实时监测和调整交通流量，减少交通事故和堵车情况，提高通行效率。
3.3 促进区域发展座隧工程的建设可以促进两个陆地之间的经济和文化交流。
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一个隧道建模的例子
该例子适合初学者。
使用到的软件有autocad, autocad to ansys ，ansys ,txt,excel, flac3d
1.
2.首先把纸上的建模图形在autocad中画出
2.使用autocad to ansys 转换软件，可以将autocad的图形转换为ansys命令流。
3.在ansys中建模（导入命令流即可），定义材料种类、类型（属性参数可以随便输），本模
型定义了11中材料，其中参数可以随便复制。
4.在ansys中剖分网格。
5.导出ansys中elemnt 和node的属性参数，存入txt,再导入excel进行编辑（注意：除四
面体外ansys中几乎每个单元的编号顺序与flac不一样，所以要导入excel进行编辑）
6.将excel数据整理成flac命令流形式，编辑命令流
7.在flac中call，即可
说明：如果有ansys to flac 的程序，5和6 可以合为一步。
另外如果高手可以直接在ansys 中建模的话,可以不需要autocad 和autocad to ansys程序。
本程序为敝人所作，可能存在一些问题，请不要随意直接在项目上使用。
看autocad建模图
上图为flac3d2.1建模图，下图为autocad图
建立面，定义材料属性6.剖分网格
8.导出ELIST，NLIST数据（已经下载）
10.ELIST数据（已经下载）
转换后的SHUJU
,已经成为FLAC命令流（（已经下载）
FLAC命令流（已经下载）
12.
13.这是施加约束
restore tunel0112.sav
plot re
model mohr
prop shear 0.36e10 bulk 0.6e9 coh 1e6 fric 30 tens 1e6 ini dens 1500
fix z range z 2.9 3.1
fix x range x 22.836 23.036
fix x range x 104.153 104.353
fix y range y 11.297 11.497
set large
hist unbal
hist gp ydis 63.593,37.208,1
set grav 0 10 0
plot hist 2
solve
save nature.sav
这是进行开挖
restore nature.sav
ini xdis=0 ydis=0 zdis=0
plot re
model null range group 6 model null range group 7 model null range group 10
set large
hist unbal
hist gp ydis 63.593,37.208,1 set grav 0 10 0
plot hist 2
solve
save extrav_1.sav
建模完成后的图像
phonixs wrote:
一个隧道建模的例子（希望斑竹给我10分），该例子适合初学者。
使用到的软件有autocad, a utocad to ansys ，ansys ,txt,excel, flac3d
1.首先把纸上的建模图形在autocad中画出
2.使用autocad to ansys 转换软件，可以将autocad的图形转换为ansys命令流。
3.在ansys中建模（导入命令流即可），定义材料种类、类型（属性参数可以随便输），本模型定义了11中材料，其中参数可以随便复制。
4.在ansys中剖分网格。
5.导出ansys中elemnt 和node的属性参数，存入txt,再导入excel进行编辑（注意：除四面体外ansys中几乎每个单元的编号顺序与flac不一样，所以要导入excel进行编辑）
6.将excel数据整理成flac命令流形式，编辑命令流
7.在flac中call，即可
说明：如果有ansys to flac 的程序，5和6 可以合为一步。
另外如果高手可以直接在ansys中建模的话,可以不需要autocad 和autocad to ansys程序。
本程序为敝人所作，可能存在一些问题，请不要随意直接在项目上使用。
看autocad建模图
思路很好，该思路在我的心目中价值100分
我也有一个土洋结合的方法
1.用autocad画图
2.通过autocad中【属性】显示的尺寸，参考编写ansys命令流，
再复杂的也不过200行，最多1天搞定，不如建立k，那么两端的坐标就可以直接从cad的【属性】查看
3.运行ansys命令流
4.划分网络，设置单元mat属性
5.延伸成体
6.导入到flac中，这个可以在本论坛中下载相关软件。