[发明专利]一种隧道开挖全过程模拟方法

摘要

本发明公开了一种隧道开挖全过程模拟方法，其特征在于视隧道施工中的围岩体为一种与时间相关的结构体，因此可采用模拟蠕变的方法，模拟不同施工阶段下的围岩的动态变化，进而达到模拟整个隧道开挖过程的目的。步骤如下1）通过岩石蠕变试验获得围岩蠕变规律；2）基于蠕变试验结果拟合出蠕变方程参数；3）把蠕变方程嵌入有限元软件中，通过设置控制时间长短，模拟隧道开挖全过程。

主权项

一种隧道开挖全过程模拟方法，其特征在于，视围岩体为一种与时间相关的结构体，采用蠕变方程，模拟不同施工阶段下围岩动态变化，进而达到模拟隧道开挖全过程的目的；该方法具体包括如下步骤：1)岩石蠕变试验：对所要模拟的隧道围岩取芯，加工成直径50mm长100mm的圆柱型试件，进行传统的单轴蠕变试验，获得不同轴向应力状态下，试件蠕变应变随时间变化规律；2)对蠕变结果进行拟合，获得蠕变方程参数，蠕变方程如下：ϵcr=c1σc2tc3+1e-c4Tc3+1+c5σc6te-c7T]]>其中，εcr为岩石等效蠕变应变，t为时间，σ为岩石等效应力，e为自然常数，T为温度，为通过实验拟合得到的岩石参数；当不考虑温度效应时参数c4和c7为零，该方程能够模拟蠕变初始阶段和二期蠕变阶段；3)把蠕变方程嵌入ANSYS有限元软件中，设置控制时间长短，模拟隧道开挖全过程：3.1)建立隧道开挖模型，并划分网格；模型中要包括初期支护和二衬；3.2)围岩材料通过tb,creep命令，赋予通过实验拟合得到的岩石参数；3.3)模拟地应力：施加初始地应力，通过time命令，时间设为1e‑8；此处时间很小，是为了忽略蠕变效应对地应力的影响；3.4)模拟开挖到初期支护完成前：杀死开挖单元，但不激活初期支护，通过time命令，时间设为t1，t1为实际施工中该阶段所用消耗的时间；3.5)模拟初期支护到二衬完成前：激活初期支护，通过time命令，时间设为t2，t2‑t1为实际施工中该阶段所消耗的时间；3.6)模拟隧道运营期：激活二衬，通过time命令，时间设为t3，t3‑t2为隧道的运营时间。