吉林大学岩土工程数值法作业最新版10级.docx
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1、岩土工程数值法班级:专业:姓名:学号:吉林高校建立工程学院书目一、问题提出3二、围岩离散化4三、数据打算6四、计算过程6五、结果初步分析7六、图形7七、隧道开挖对围岩的影响9八、结语12九、参考文献13前言随着我国经济快速开展,各种隧道、马路、铁路、房屋以及其它根底设施进入了一个高速建立的阶段,随之而来的是土木工程的跨越式开展。土木工程的设计和探讨手段也有了很大的提高,从以前的基于经验的设计理论渐渐过渡到定量与定性相结合的反分析计算理论。目前为止,土木工程的探讨方法主要有以下五类:类比法;解析法;模型模拟(物理模型方法);现场监控量测;数值法(数值模拟)。通过岩土工程数值法这门课程,我们系统的
2、学习了数值法中的有限单元法的原理以及它在岩土工程中的应用。随着计算机的普及和运算速度的提升,为弹性力学的数值解法开拓了广袤的领域,尤其在隧道工程中,采纳有限单元法分析都得到了满足的结果。目前,有限单元法已经是解决不同岩体构造、围岩与支护相互作用、隧道围岩压力、围岩应力和变形、围岩破坏过程与破坏机制的主要方法。本文将针对一个隧道开挖实例,应用有限单元法进展位移、应力等相关参数的分析。一、问题提出在岩土体中修建隧道是一件特别困难的工程。因为岩土体是地壳内外力长期作用下形成的一种困难的地质体,具有自然应力、非均质、不连续、各向异性等特点,从而表现在力学性质上具有非线性、剪胀性、蠕变性等。而有限单元法
3、可以将岩土体困难多变的力学性质,根本地质因素、困难和混合的边界条件、岩土体与工程构造物的组合作用等问题统筹考虑,以得到接近实际的数值解答。目前,隧道施工和设计都是基于“新奥法,新奥法的核心是充分发挥围岩的承载实力,将围岩视为承载的主体。随之而来的是如何确定围岩收敛的极限位移,如何确定衬砌的支护时间,如何判定围岩应力的集中程度等问题。本文基于以下条件进展隧道开挖后的围岩进展分析。本隧道断面为曲墙式,拱部半径为5.5m,下部为IInlX6m的矩形,跨度为Ilm,隧道埋深320mo岩体参数为:岩体弹性模量E=3.2xK)3峥r,泊松比4=0.29,岩体初始粘结力Co=L3的如初始摩擦角%=40。,岩
4、体剩余粘聚力C=LlA剩余摩擦角e=30。,岩体容重q=0.027MN/m3,岩体单轴抗压强度=0.9MP具体见图1。二、围岩离散化1)探讨区域大小的确定:对于圆形隧洞,由岩体力学的学问可知,处于6倍洞径以外的岩体不受碉室开挖的影响。本隧道开挖形态不规那么,因而考虑取开挖轮廓线外8.1倍碉径()围岩为探讨区域(即拱墙交线最深处坐标(50,0);对于胴室下方矩形局部,那么按碉室相像的比例,相应考虑开挖轮廓线外的44m围岩为探讨区域(胴室底中心线最深书坐标(0,-50)o考虑具体见图2。(2)单元数量的确定:由于本次运用的有限元计算程序须要对结点数进展限制。因而胴室底板划为8段,侧边墙划为8段,拱
5、部圆弧划为8段。在径向划分为10段。所以总共划分275个结点,240个单TIjo图2三、数据打算工程有限元分析的参数如下表所示:参数弹性模量泊松比内摩擦角剩余内摩内聚力剩余内聚容重(MN/抗拉强度(Mpa)()()擦角(MPa)力(Mpa)Irf)(Mpa)数值3200940301.31.17同时由于隧道埋深320m,垂直方向围岩压力pv=h=0.027320=S.6Mpa,水平方向围岩压力Ph=pv=4pv=8.6=3.5MPa,而深部切向应力%=0。-1-0.29a四、计算过程有限单元法分析计算的过程可以简化为5步:1、划分单元,离散构造;2、单元分析,求单元刚度矩阵;3、整体分析,求整体
6、刚度矩阵;4、约束条件引入和力的移置,解构造平衡方程组;5、求单元应力和位移。下面具体分析各个步骤:1、划分单元,离散构造:确定有限元计算范围。2、单元分析,求单元刚度矩阵:首先确定四边形单元的位移模式=cif1+a2x+cc3y+a4xyV=a5-ahx+a1y+asxy,经过整理得到:二网伤心,其中n称为形态矩阵;再由几何方程得到结点应变和结点位移的关系式:=B,其中网为几何矩阵;紧接着由物理方程可以推出应力矩阵=Di=DlB=sMf其中冈为应力矩阵;最终通过虚功原理得出结点位移与结点力的关系K=J闻ISkwy,K为单元刚度矩阵,表示单元反抗变形的实力,它具有对称性、奇异性和分块性的特征。
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