精编基于有限元隧道开挖变形探究

基于有限元隧道开挖变形探究摘要：该文章采用有限元COMSOL软件模拟隧道开挖变形，建立了三隧道开挖变形的二维有限元分析模型，从而进行研究分析。表面沉降量以及隧道周围塑性区域是重要的预测开挖过程中必要的

基于有限元隧道开挖变形探究 摘要：该文章采用有限元COMSOL软件模拟隧道开挖变形，建立了三隧道开挖变 形的二维有限元分析模型，从而进行研究分析。表面沉降量以及隧道周围塑性区 域是重要的预测开挖过程中必要的的参数。为了计算地应力，需使用两个研究步 骤。在第一个研究中，计算隧道开挖前土体的应力状态，在第二个研究中计算土 的位移。 关键词：隧道开挖；有限元；应力 1概述 洞穴挖掘后，会在岩石和土壤中形成自由变形的空间。最初处于挤压状态的 岩石由于结合力的释放而导致膨胀变形。当这种变形超过周围岩石本身的能力时， 周围的岩石将被破坏，导致分离，坍塌和膨胀对围护结构变形的控制非常重要。 本文采用有限元软件进行隧道开挖的模拟[1]，从而进行因开挖而引起的变形研 究。 2有限元模型 2.1材料参数和本构模型的定义。本次试验的几何结构是由60米深、120米 宽的土层组成。3个直径为10的半圆画在矩形的左侧。杨氏模量E=12MPa，泊松 比υ=0.495，内聚力c=130KPa，内摩擦角为30度。采用Drucker-Prager准则[2]， 将材料参数与Mohr-Coulomb准则[3]进行匹配。2.2有限元模型建立。在下边界 用固定的约束边界来固定位移；左侧边界使用对称，右侧边界使用滚轮。将默认 的自由边界保持在顶部。添加一个重力节点（中点）来考虑重力效果[4]。因隧 道通常比较长，所以可按平面应变问题考虑，本文对隧道进行较细化网格划分[5]。 3有限元结果分析 3.1原模型结果分析。图2显示了重力引起的应力分布。辊和对称当边界产 生均匀的垂直变化。从图中我们可以很清晰的发现在隧道开挖前只因重力而引起 土层的应力变化。下边界的应力最大，然后从下到上在逐渐减小。最大的应力可 以达到36×104N/m2。在地应力取自第一步。注意周围有效应力的增加隧道[6]。 从这张图中我们可以发现最大应力对比上一张图明显增大了，可以达到 36×106N/m。在隧道周围的应力是最大的，逐渐向四周减小直至为0。3.2顶部 1