FLAC3D课程设计

《工程软件-FLAC3D》1目录1.工程概况.................................................................................................................21.1工程设计情况.................................................................................................21.2工程地质水文条件.........................................................................................22计算模型建立............................................................................................................22.1数值模拟方法.............................................................................................22.2计算模型建立.................................................................................................33数值模拟分析............................................................................................................43.1周边地层应力变化分析..................................................................................43.2周边地层位移变化分析..................................................................................54主要计算结果.............................................................................................................85本门课程学习心得.....................................................................................................8附：计算模拟命令........................................................................................................9《工程软件-FLAC3D》21.工程概况1.1工程设计情况区间隧道设计为圆形隧道，隧道结构外径为Φ６ｍ，内径为Φ5.4ｍ，采用单层衬砌，管片厚度为0.3ｍ，环宽1.2ｍ，衬砌管环由6块预制装配式钢筋混凝土管片拼装而成。根据工程地质条件并考虑盾构机的多地质适应性，盾构选型采用辐条加泥式复合土压平衡盾构机，刀盘型式选用辐条式，条幅数为6个，盾构机机长为9.17ｍ，盾构外径6.31ｍ。1.2工程地质水文条件南昌地铁某区间盾构隧道，区间长度658.049ｍ。场地地势起伏平坦，自然地面标高19.06~20.61ｍ。区间隧道主要穿越城市道路及城市绿化带，地下管线众多，道路两侧多为住宅、办公楼和商业区，最小覆土厚约9.5ｍ，最大覆土厚约12.6ｍ。拟建场地位于赣江冲积平原区，第四纪覆盖层厚度小于20ｍ。勘探深度范围内，场地地层有人工填土（mlQ）、第四系全新统冲积层（alQ4）、第三系新余群（Ｅxn）基岩。按岩性及工程特性，自上而下依次划分为2�素填土、1-1�粉质粘土、2�淤泥质粉质粘土、1-3�含粘性土粉砂、2-3�细砂、4�中砂5�粗砂、1-6�砾砂、7�圆砾夹砾砂、1-1�强风化泥质粉砂岩和2-1�中风化泥质粉砂岩。根据地下水含水空间介质和水理、水动力特征及赋存条件，拟建工程场地按地下水类型可分为冲积层中的孔隙潜水、红色碎屑岩中的裂隙水。地下水主要受大气降水垂直补给和赣江水平向补给，水量较丰富。2计算模型建立2.1数值模拟方法南昌地铁正处于初期建设中，盾构施工经验不足，对关键地质条件下盾构施工过程进行数值模拟，探讨盾构施工引起的地表沉降规律，对地铁隧道设计与施工具有一定的参考意义。三维有限差分软件FLAC3D采用混合离散方法模拟材料的屈服或塑性流动行为，这种方法比有限元方法中通常采用的降阶积分更为合理，同时在处理动态、大变形、非线性等问题中具有较强的优势。本文采用FLAC3D软件对南昌地铁某区间隧道富水砂层条件下的盾构施工过程进行动态数值模拟，并结合现场实测数据分析盾构推进过程中地层位移场的变化、地表沉降沿隧道横断面分布规律、地表沉降沿隧道纵向变化规律，以期为该地区地铁建设提供参考。《工程软件-FLAC3D》3FLAC3D3.00ItascaConsultingGroup,Inc.Minneapolis,MNUSASettings:ModelPerspective09:51:56ThuJan112018Center:X:1.800e+001Y:3.600e+001Z:-2.700e+000Rotation:X:0.000Y:0.000Z:0.000Dist:1.372e+002Mag.:1Ang.:22.500BlockGroup等代层衬砌管片隧道岩体FLAC3D3.00ItascaConsultingGroup,Inc.Minneapolis,MNUSASettings:ModelPerspective09:57:53ThuJan112018Center:X:1.800e+001Y:3.600e+001Z:-2.700e+000Rotation:X:0.000Y:0.000Z:45.000Dist:1.372e+002Mag.:0.64Ang.:22.500BlockGroup等代层衬砌管片隧道岩体2.2计算模型建立隧道外径Ｄ＝6ｍ，覆土厚度Ｈ＝12.6ｍ，取模型上表面为地表，考虑土体的无限性及盾构施工扰动影响范围，横向范围取5D，即30ｍ；下边界取隧道底部以下3D，即18ｍ；纵向开挖长度取72ｍ。考虑到隧道的对称性及模型单元数量，取隧道的一半建模。建立的数值计算模型为（36*72*36.6m）的区域，取平行隧道横断面水平向为ｘ轴，竖向为ｚ轴，沿隧道轴线推进方向为ｙ轴，建立三维坐标系。模型网格见图1（a）隧道局部放大见图1（b）。该模型上面为地表，取为自由边界；模型侧面为位移边界，限制水平移动；底部为固定边界，限制水平移动和垂直移动。图1(a)图1（b）根据工程地质勘察报告，隧道穿越地层主要为4�中砂、5�粗砂、1-6�砾砂，为简化起见，数值模拟计算中，将多个土层简化成上覆土层（素填土、粘性土）、隧道穿越土层（砂性土）、隧道底部土层（泥质粉砂岩）３个均质水平层状分布的土层，具体计算参数见表１。土体采用实体单元模拟，材料强度准则符合Mohr-Coulomb弹塑性屈服准则。由于盾构外径较管片外径大，在管片与地层之间将形成一环形空隙，使得隧道周围土体暂时处于脱空状态，即为盾尾间隙。盾尾间隙通过壁后注浆进行填充，以防止围岩松弛和下沉。一般将盾尾间隙及其沿隧道径向向外延伸一定范围内的土体考虑为一个闭合圈层，即为等代层，见图２。在数值计算中，以厚度、容重、泊松比和弹性模量４个参数来反映等代层的物理力学性质，参数的取值可通过试验或经验来确定。《工程软件-FLAC3D》4FLAC3D3.00ItascaConsultingGroup,Inc.Minneapolis,MNUSAStep1672ModelPerspective10:27:44ThuJan112018Center:X:1.800e+001Y:3.600e+001Z:-2.700e+000Rotation:X:0.000Y:0.000Z:0.000Dist:1.372e+002Mag.:1Ang.:22.500ContourofSZZMagfac=0.000e+000GradientCalculation-1.4298e+006to-1.4000e+006-1.4000e+006to-1.2000e+006-1.2000e+006to-1.0000e+006-1.0000e+006to-8.0000e+005-8.0000e+005to-6.0000e+005-6.0000e+005to-4.0000e+005-4.0000e+005to-2.0000e+005-2.0000e+005to0.0000e+0000.0000e+000to1.7084e+005Interval=2.0e+005FLAC3D3.00ItascaConsultingGroup,Inc.Minneapolis,MNUSAStep3595ModelPerspective10:29:46ThuJan112018Center:X:1.800e+001Y:3.600e+001Z:-2.700e+000Rotation:X:0.000Y:0.000Z:0.000Dist:1.372e+002Mag.:1Ang.:22.500ContourofSZZMagfac=0.000e+000GradientCalculation-1.4967e+006to-1.4000e+006-1.4000e+006to-1.2000e+006-1.2000e+006to-1.0000e+006-1.0000e+006to-8.0000e+005-8.0000e+005to-6.0000e+005-6.0000e+005to-4.0000e+005-4.0000e+005to-2.0000e+005-2.0000e+005to0.0000e+0000.0000e+000to2.0000e+0052.0000e+005to3.9023e+005Interval=2.0e+005FLAC3D3.00ItascaConsultingGroup,Inc.Minneapolis,MNUSAStep5817ModelPerspective10:31:30ThuJan112018Center:X:1.800e+001Y:3.600e+001Z:-2.700e+000Rotation:X:0.000Y:0.000Z:0.000Dist:1.372e+002Mag.:1Ang.:22.500ContourofSZZMagfac=0.000e+000GradientCalculation-1.4477e+006to-1.4000e+006-1.4000e+006to-1.2000e+006-1.2000e+006to-1.0000e+006-1.0000e+006to-8.0000e+005-8.0000e+005to-6.0000e+005-6.0000e+005to-4.0000e+005-4.0000e+005to-2.0000e+005-2.0000e+005to0.0000e+0000.0000e+000to2.0000e+0052.0000e+005to4.0000e+0054.0000e+005to4.4944e+005Interval=2.0e+005FLAC3D3.00ItascaConsultingGroup,Inc.Minneapolis,MNUSAStep7803ModelPerspective10:33:39ThuJan112018Ce