1、 西 南 交 通 大 学 隧道力学（作业） Flac3d 求解围岩特征曲线 年 级 : 学 号 : 姓 名 : 专 业 : 2011 年 11 月Flac3d 求解围岩特征曲线 第 I 页 目录 第 1 章 . 问题分析. 1 1 1 围岩特征曲线定义 . 1 1 2 求解方法 . 1 第 2 章 建模及计算 . 1 2 1 模型建立 . 1 2 2 命令流及解释 . 2 第 3 章 计算结果及分析 . 5 3 1 数据处理 . 5 3 2 围岩特征曲线绘制 . 5 3 3 结果分析 . 6 参考文献 . 7 Flac3d 求解围岩特征曲线 第 1 页 FLAC3D 求解围岩特征曲线 第 1
2、章 问题分析 1 1 围岩特征曲线定义 围岩的特征曲线，亦称为围岩的支护需求曲线。它形象的表明围岩在洞室周边所需提供的支护阻力及与其周边位移的关系。 1 2 求解方法 同一围岩级别下，相同隧道埋深情况下，通过改变衬砌的强度（修改体积模量及剪切模量）分别求解相应强度下隧道收敛平衡时的拱顶竖直位移和应力，根据所得数据绘制该围岩级别下相 应埋深的围岩特征曲线。 第 2 章 建模及计算 2 1 模型建立 图 2.1-1 Flac3d 求解围岩特征曲线 第 2 页 如图 2.1-1， 圆形隧道外径为 6m，衬砌厚度为 0.2m，考虑隧道影响范围，模型宽度为 30m，高度为 30m。 V 级围岩和级围岩通
3、过定义材料的相关参数来建模；根据h 计算出相应埋深（即 50m、 100m、 150m）下产生的应力，将应力分别作用于模型上来建模求解。 2 2 命令流及解释 以 V 级围岩 150m 埋深为例，其命令流如下： ;绘制 5 级围岩 150m 特性曲线，改变衬砌的 E 进行计算 new ;建立模型，取圆形隧道半径为 2.9 米，衬砌厚度为 0.1 米， gen zone radcylinder p0 0 0 0 定义围岩分块 gen zone cshell p0 0 0 0 定义衬砌分块 gen zone cylinder p0 0 0 0 定义开挖分块 gen zone reflect dip
4、 0 dd 90 gen zone reflect dip 90 dd 90 ;显示模型及坐标轴 plot add axe red plo blo gro ;设定边界条件 fix x ran x 14.9 15.1 fix x ran x -14.9 -15.1 fix y ran y -0.1 0.1 fix y ran y 0.9 1.1 fix z ran z -15.1 -14.9 apply szz -315000 range z 14.9 15.1 ;用于加载竖向应力，模拟隧道埋深产生的荷载 ;初始应力场计算 Flac3d 求解围岩特征曲线 第 4 页 ;设定材料属性 model
5、mohr ran group outsiderock prop bulk 5e8 shear 1.071428e8 coh 0.18e6 ten 1e10 设置重力加速度 hist id =1 unbal;记录最大不平衡力 step 1000 ;计算步数设定并计算 ;solve save 5-50m.sav ;开挖计算相应衬砌下的拱顶竖向应力 szz 0 0 3 及其沉降 zdis 0 0 3 model elastic ran group lining prop bulk 15.2e7 shear 11.4583333e7 ran group lining;衬砌的属性 ini dens 25
6、00 ran group lining model null ran group excavation;开挖部 分属性 set grav 0 0 -9.8 hist n=1000;设定每隔 n 步记录一次 hist zone szz 0 0 3;记录拱顶点竖向应力 hist gp zdis 0 0 3;记录拱顶沉降 step 3000 ;计算步数设定并计算 Flac3d 求解围岩特征曲线 第 5 页 his write 2 v 3 file 5-150m-cq.txt save 5-150m-cq.sav 第 3 章 计算结果及分析 3 1 数据处理 根据建模求解得到的数据，处理数据如表 3.
7、1-1、 3.1-2 所示 表 3.1-1V 级围岩下数据处理结果汇总 表 3.1-2 级围岩下数据处理结果汇总 3 2 围岩特征曲线绘制 根据 3.1 节中所得数据，绘制围岩特性曲线如图 3.2-12。 埋深 1 50 米 埋深 1 00 米 埋深 5 0 米衬砌弹性模量 位移 内力 衬砌弹性模量 位移 内力 衬砌弹性模量 位移 内力1.52E+08 0.00223 252300 1.52E+08 0.001703 255200 1.52E+08 0.001315 2414001.52E+09 0.002217 252300 1.52E+09 0.001702 254500 1.52E+09
8、 0.001314 2403001.52E+10 0.002169 253600 1.52E+10 0.001688 253100 1.52E+10 0.001309 2349001.52E+11 0.001997 355300 1.52E+11 0.001613 303600 1.52E+11 0.001265 2592001.52E+12 0.001851 485100 1.52E+12 0.001512 403500 1.52E+12 0.001239 2724001.52E+13 0.001837 500300 1.52E+13 0.001505 409700 1.52E+13 0.0
9、01237 2740001.52E+14 0.001835 503700 1.52E+14 0.001504 411700 1.52E+14 0.001234 2786001.52E+15 0.001835 503900 1.52E+15 0.001504 411600 1.52E+15 0.001233 280600四级围岩弹性模量=1.923e9 剪切模量= 4.167e9 埋深 1 50 米 埋深 1 00 米 埋深 5 0 米衬砌弹性模量 位移 内力 衬砌弹性模量 位移 内力 衬砌弹性模量 位移 内力1.52E+08 0.03572 95190 1.52E+08 0.01791 744
10、60 1.52E+08 0.01196 866001.52E+09 0.02431 177900 1.52E+09 0.01502 131300 1.52E+09 0.01148 1040001.52E+10 0.02054 308900 1.52E+10 0.01353 189900 1.52E+10 0.01101 1250001.52E+11 0.01959 365100 1.52E+11 0.01321 199000 1.52E+11 0.01092 1270001.52E+12 0.0195 369800 1.52E+12 0.01317 201500 1.52E+12 0.0109
11、2 1260001.52E+13 0.01948 370800 1.52E+13 0.01317 202500 1.52E+13 0.0109 1280001.52E+14 0.01949 370400 1.52E+14 0.01314 204000 1.52E+14 0.01091 1270001.52E+15 0.01948 370900 1.52E+15 0.01316 202100 1.52E+15 0.01091 127000五级围岩弹性模量=5e8 剪切模量=1.071428e8 Flac3d 求解围岩特征曲线 第 6 页 图 3.2-1 五级围岩特征曲线 图 3.2-2 四级围岩特征曲线 3 3 结果分析 通过对计算结果的分析，可以得出以下结论： 1、 在洞周极限位移范围内，容许围岩的位移增加，所需要的支护阻力减小， 而应力重分布的结果大部分由围岩承担，反之亦然 ； 2、 相同围岩情况下，总体上随着埋深的增 加，围岩所需的支护阻力增加，产生的位移也增加； 3、 不同围岩情况下，相同的埋深情况下， 总体上 随着围岩 级别的减小，围岩所需的支护阻力减小，产生的位移也减小。 Flac3d 求解围岩特征曲线 第 7 页 参考文献 1. FLAC/FLAC3D 基础与工程实例 （ 2008）； 2. 隧道及地下工程 FLAC 解析方法 （ 2008）；
