ABAQUS 软件对隧道开挖过程的模拟一、ABAQUS 在岩土工程中应用简介：岩土工程中的开挖问题主要是指隧道、基抗的开挖。这些问题的施工过程常常较为复杂,如分步骤开挖，支挡结构的施工等,常规的分析方法处理起来十分困难,往往需要通过有限元对支护结构的内力和变形，周围土体的位移等进行分析。ABAQUS 由于其本身强健的非线性求解功能，在工业界被公认为技术最先进的非线性有限元分析软件,与传统商业软件不同,ABAQUS 是专门为解决工程中困难问题而进展并逐渐被广阔用户推崇的超级通用有限元软件.因此，本文将采纳 ABAQUS 软件对隧道开挖过程进行模拟及分析。二、隧道开挖过程问题简介:1、模型简介：某个地下隧道，由一个混凝土的衬砌支持。建造这样一个隧道,涉及到一个非常复杂的土木工程过程。工程界希望能通过数值模拟预测和验证设计建造过程中的各种问题,以加快建造过程和优化建造成本，并且最大程度的保证安全性.2、几何特性：隧道直径 8 米，在地下 20 米，隧道周围黏土的本构简化为线弹性（E=200MPa，，),混凝土衬砌（E=19GPa，），厚度为 0。15 米。图 1 模型示意图3、分析思路：隧道的开挖和其他开挖问题类似，其实质主要是应力的释放。假如没有衬砌的施工,那问题很简单,只要在建立初始应力之后，移除开挖单元即可。但实际工程中,隧道的开挖施工步骤是十分复杂的，涉及到灌浆、卡极为、衬砌施工等。而在有限元计算中衬砌等支护结构施工的模拟尤为重要，特别是衬砌单元激活的时机，若在开挖区域单元移除之前激活不符合真实工程中的施工顺序，衬砌施工时土体应力已有所释放；而若在单元移除之后进行则应力早已完全释放，衬砌起不到支撑的作用。为了解决这一问题，讨论人员们提出了以下两种方法:1、在衬砌施工前，将开挖区单元的模量降低，移除来模拟应力释放效应。2、首先将开挖面上的节点施加约束,得到与初始应力平衡的节点力。然后放松约束，将节点力加到相应节点处，并让节点力的大小随时间递减,当减小某一程度时（如 30%～40％)激活衬砌单元,再衰减余下的载荷。三、问题的求解：为对比起见，首先进行没有衬砌的隧道开挖问题求解。1、没有衬砌时的隧道开挖：Step 1：建立部件。在 Part 模块中,Create Part,将 Name 设为 soil,Modeling Space 设为 2D Planar,Type 设为 Deformable, Base Feature 设为 Shell.在图形编辑界面,绘制如图 1 所示的几何轮廓。如图 2 所示。 图 2 partStep 2:设置材料及截...
