UDEC实例翻译与命令解析.pdf
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1、UDEC实例翻译与命令解析中铁隧道集团科研所珠穆浪玛UDEC实例翻译与命令解析翻 译:珠穆朗玛UDEC Version 4.0UDEC实例翻译与命令解析 中铁隧道集团科研所珠穆浪玛1 地震诱发地层坍塌 Seismic-Induced Groundfall1.1问题描述本例展示使用UDEC模拟分析地震诱发地层坍塌的一类的问题,模 型 见 图1.1,该模型基于加拿大安大略省萨德伯里市鹰桥公司弗雷则矿34-1-554切割断面的一个剖面图的结构和尺寸.用二维平面应变模型代表垂直于超采轴向方向的平面效应,超采面高5m,宽10m.Tiine-vaiyiug Stress AppliedFigure 1.1
2、 I DEC model for seismic-induced groimdfall假定两个连续节理交叉平面分析:一个角度为4 5度,另一个为-9度,两者节理间距均为5m,为了演示的目的,一个近似垂直的虚拟节理”也被添加到块体内开挖面顶部以增强不稳定性。围岩参数来自试验室平均测试数值,假定岩石块体参数如下:density 3000 kg/m3Ybiuigs modulus 75,000 MPaPoissons ratio 0.18假定块体仅具有弹性行为,节理假定符合库伦滑动准则,选择典型的教课书数值作为节理 参 数,如 下:joint noiiual stiffiiessjoint shea
3、r stiffiiessfriction anglecohesion20.000 MPa/m20.000 MPa/m300UDEC Version 4.0-2-UDEC实例翻译与命令解析 中铁隧道集团科研所珠穆浪玛初始应力状态按各向同性估计为24Mpa(假定垂直荷载由覆盖深度大约800m的岩层产生卜1.2 U D EC 分析UDEC模拟顺序分三个阶段,首先,模型在初始应力状态下进行无超采固结.其次,进行开挖并且模型循环至平衡状态.本阶段超采面周围的应力分布见图1 2超采正上方和下方的块体滑动后稳定.在第三阶段.估计了两个不同的峰值速度的地震事件.对所有地震模拟,在问题域的外周边界引入粘滞边界用
4、以消除波的反射.从而模拟有限的岩体,地震事件用施加到模型顶部y方向的正弦应力波表现.应力波被叠加到已存在的初始地应力上.在第一个模拟中,施加1.25Mpa的峰值应力,应当注意的是,由于粘滞边界条件实际是在模型顶部,施加的有效影响应力应该是1.25 MPa/2,or 0.625 MPa.0.02秒后的开挖面拱顶的应力分布见图1.3,两点的位移被监测,1点位于开挖面的左角,点2位于拱顶块体的右角,图1.4的位移时间曲线显示两点本质上是弹性反应Figure 1.2 Stress distribution around excavation at end of excavation stageUDEC
5、 Version 4.0-3-UDEC实例翻译与命令解析中铁隧道集团科研所珠穆浪玛Figure 1.3 Stress distribution in roof of excavation after 0.02 seconds(applied stress=1.25 x cos(In 100/)JOB TITLE:SEISMIC INDUCED ROOF COLLAPSEUDEC(Version 4.00)LEGEND27-Aug-04 23:10cycle 2871tme 1.9&9E-02sechistory plot-1.02E-04 1.14E-04-2.73E-O4 1.64E-04-
6、Vs.2.41E-O4 2.00E-02Itasca Consultng Group.Inc.Minneapolis.Minnesota USA(002)Figure 1.4 y-displacetnent histories for nvo points on excavation boundary(applied stress-1.25 x cos(2兀 100/)UDEC Version 4.0-4-UDEC实例翻译与命令解析 中铁隧道集团科研所珠穆浪玛本例关心的问题是在模型顶部施加的速度和计算速度的对比,下面的公式可以用以估计施加的波速.2(p Cp)(1.1)where=(K+(4/
7、3)G)/p 二使用这个方程,施加的最大波速大概是0.04m/sec,图1.5显示的峰值波速小于0.06m/sec.估计的波速和监测波速的不同在于使用的围岩模量.而是没有考虑节理变形的相等变形模量.Figure 1.5 Plot of y-velocity at top of model(applied stress=1.25 x co$(27r 100r)在第二个案例中,施加应力波峰值12.5 Mpa(有效应力6.25Mpa).0.02秒后的开挖拱顶应力 分 布 见 图1 6该图显示出拱顶岩体不受力,表面该块体已经松散并正在下落.对于关心的问题,后来三个时间的几何体和应力分布见图1.8至 图
8、1.10.在问题的顶部预测的波速(从上面的方程)是0.4m/sec.从模型中计算的波速见图1.11,再次,由于使用的是原岩弹性模量而不是岩体的变形模量导致预测和监测的波速之间的差异.1.3节包含了该模型的数据列表,该列表包含了一个FISH函数(show)被用来创建坍塌的动画文件,每隔0.02秒俘获一个显示的图片.通过改变FISH参数timejnt可以改变动画帧的UDEC Version 4.0-5-UDEC实例翻译与命令解析 中铁隧道集团科研所珠穆浪玛间隔.视图的总数也可以通过改变snap_shot的数值进行改变.为了显示80帧的显示图片而创建的该电影文件需要大概13MB的硬盘空间.Figur
9、e 1.6 Stress distribution in roof of excavation after 0.02 seconds(applied stress=12.5 x COS(2TT 100z)JOB TITLE :SE ISMIC INDUCE D ROOF COLLAPSEUDEC(Version 4.00)LE GE ND27-Aug-04 23:10cycle 2871time 1.d99E-02 sechtstory plot-124E-03 8.6&E-O4-9.03E-03-2.47E-08-Vs.2.41E-O4me 2.00E-02Itasca Ccnsultng
10、Group.Inc.Minneapolts.Minnesota USA(e-003)M2)Figure 1.7 y-displacement histories for two points on excavation boundary(applied stress=12.5 x COS(2TT 100,),UDEC Version 4.0-6-UDEC实例翻译与命令解析中铁隧道集团科研所珠穆浪玛Figure 1.8 Stress distribution around excavation after 0.25 seconds(appliedstress=12.5 x COS(2T T 10
11、0r)JFigure 1.9 Stress distribution around excavation after 0.50 seconds(appliedstress=12.5 x cos(2/r 100/)UDEC Version 4.0-7-UDEC实例翻译与命令解析中铁隧道集团科研所珠穆浪玛Figure 1.10 Stress distribution around excavation after 0.75 seconds(appliedstress=12.5 x COS(2TT 100/)Figure 1.11 Plot of y-velocity at top of model
12、(applied stress=12.5 x COS(2TT i00r);UDEC Version 4.0-8-UDEC实例翻译与命令解析 中铁隧道集团科研所珠穆浪玛1.3数据文件列表Example 1.1 SEISMIC.DATtitleSEISMIC INDUCED ROOF COLLAPSE 地震诱发拱顶坍塌*round 0.01;define original boundary of modeled region 定义模型区域的原始边界block-25,-20-25,20 25,20 25,-20;generate joint pattern over entire original
13、region 在整个原始区域生成节理形态jregion id 1 -25,-25-25,25 25,25 25,-25jset 45,0 200,0 0,0 5.0,0(0,0)range jreg 1jset-9,0 200,0 0,0 5.0,0(0,0)range jreg 1;put in joints needed for the later excavation 为 了后面开挖而设置的节理crack-5.01,-2.51 5.01,-2.51crack-5.01,2.51 5.01,2.51crack-5,-2.5-5,2.5crack 5,-2.5 5,2.5crack 2.25
14、,2.5 1.93,5.0;generate fdef zones and assign joint properties(mat=1&jmat=1;default)生成单元和设置节理参数generate edge 9.0 range-30,30-30,30prop mat=1 d=0.00300 k=39060 g=31780prop jmat=1 jkn=20000 jks=20000prop jmat=1 jf=30.0;apply boundary conditions and initial conditions to在地应力下施加边界条件和初始条件;consolidate mode
15、l under field stressesbound stress=-24.0,0.0,-24.0 ygrad=-.O3 0-.03insitu stress=-24.0,0.0,-24.0 ygrad=-.O3 0-.03bound yvel 0.0 range-26,26-21,-19grav 0.0-10.0;track the x-displacement,and y-displacement over time 追踪位移hist solvehist xdis=0,7 ydis=0,7 type 1solve rat 1 e-5;save consolidated statesave
16、 seismicl.sav;make excavationdelete range-5,5-2.5,2.5solve rat 1 e-5;save excavated statesave seismic2.savrest seismic2.sav;apply seismic load from top(peak velocity=0.04 m/sec)UDEC Version 4.0-9-UDEC实例翻译与命令解析;set up nonreflecting boundarybound mat=1bound xvisc range-26-23-21 21bound xvisc range 23
17、26-21 21bound xvisc yvisc range-26 26-21-19bound xvisc yvisc range-26 26 19 21;apply sinusoidal stress wavebound stress 0 0-1.25 yhist=cos(100.0,0.0195)range-26 26 19 21reset time hist disp rothist ydis(-4.48,2.57)hist ydis(0,2.57)yvel(0,2.57)yvel(4,2.57)yvel(-4.48,2.57)hist yvel(0,20)yvel(25,10)yve
18、l(25,-10)yvel(0,-20)hist yvel(-25,-10)yvel(-25,10)hist sxx(25,10)sxx(25,-10)sxx(-25,-10)sxx(-25,10)hist syy(0,20)damp 0.1 1.0 mass;0.02 sec.eye time 0.02save seismic3.savrest seismic2.sav;apply seismic load from top(peak velocity=0.4 m/sec);set up nonreflecting boundarybound mat=1bound xvisc range-2
19、6-23-21 21bound xvisc range 23 26-21 21bound xvisc yvisc range-26 26-21-19bound xvisc yvisc range-26 26 19 21;apply sinusoidal stress wavebound stress 0 0-12.5 yhist=cos(100.0,0.0195)range-26 26 19 21reset time hist disphist ydis(-4.48,2.57)hist ydis(0,2.57)yvel(0,2.57)yvel(4,2.57)yvel(-4.48,2.57)hi
20、st yvel(0,20)yvel(25,10)yvel(25,-10)yvel(0,-20)hist yvel(-25,-10)yvel(-25,10)hist sxx(25,10)sxx(25,-10)sxx(-25,-10)sxx(-25,10)hist syy(0,20)damp 0.1 1.0 masssave seismov.sav;0.02 sec.中铁隧道集团科研所珠穆浪玛UDEC Version 4.0-10UDEC实例翻译与命令解析 中铁隧道集团科研所珠穆浪玛eye time 0.02save seismic4.sav;0.25 sec.eye time 0.23save
21、seismic5.sav;0.50 sec.eye time 0.25save seismic6.sav;0.75 seceye time 0.25save seismic7.savrest seismov.sav;make a movie of the groundfall)wind-12 12-12 12set ovtol 0.05plot block vel max 2.0 blue stress max 50movie onmovie file=seismic.dcxmovie step 1000step 400003 隧道支护荷载 Tunnel Support Loading3.1
22、问题陈述本例模拟展示了 UDEC在检查衬砌隧道方面的应用,着重强调了荷载在混凝土衬砌中的发展,本例也解释了模拟连续建造操作中独立阶段的模拟程序.隧道系统的理想几何体见图3.1.系统包含在海床下大约70m(中线)深度,中 线 间 距12m的两个隧道,初始水位在隧道中线上方110m处.服务隧道直径5.24m,衬 砌 厚 度37cm.主隧道 直 径8.22m,衬砌厚度46cm.服务隧道先于主隧道开挖和衬砌.随后设置主隧道衬砌,水位上升增加到100m.UDEC Version 4.0-11UDEC实例翻译与命令解析中铁隧道集团科研所珠穆浪玛Figure 3.1 Idealized geometry o
23、f service tunnel and main tunnel施工顺序是:(1)开挖服务隧道 excavation of the service tunnel;(2)衬砌服务隧道 lining of the service tunnel;开挖主隧道 excavation of the main tunnel;(4)衬砌主隧道 lining of the main tunnel;and(5)升高水位raising of the water level.分析的目的是评价每个施工阶段服务隧道和主隧道支护状况.本例的材料参数见下:岩体一开 挖 隧 道 的 围 岩 参 数 为:弹性模量 elastic
24、 modulus 0.89 GPa泊松比 Poisson s ratio 0.35单轴抗压强度 uniaxial compressive strength 3.5 MPa粘聚力 cohesion 1 MPa密度 density 1340 kg/rn3混凝土衬砌弹性模量为24 GPa,泊松比为0.19.假定衬砌为线弹性材料。3.2 UDE C 分析本问题创建的UDEC模型见图3.2,隧道中心线在Y=-70的 位 置,注 意,模型边界距隧UDEC Version 4.0-12UDEC实例翻译与命令解析 中铁隧道集团科研所珠穆浪玛道开挖面很近,本模型为了演示的目的只是提供一个快速计算,实际计算时应采
25、用大的模型。底边和侧边界采用滚轴固定,海底之上海水的重量按30m的水头施加在模型表面上,假定隧道为线性防水衬砌,因此不需要进行瞬态地下水流分析。忽略孔隙水压力,而将岩体单位重量设置为浮容重。垂直对水平应力比率假定为静水压力0.3o对本例而言,上 面 列 的5个施工顺序按三个阶段进行模拟,主隧道开挖和服务隧道衬砌按一个瞬时的活动进行模拟。主隧道衬砌和水位上升也假定瞬时产生,这些活动可以通过线性(梯 度)降低隧道周围反力或者设定产生一些松弛后安装支护而被分开模拟。在模拟的第一阶段,在重力应力被初始化到块体中后,服务隧道被开挖,UDEC循环直到达到平衡状态,弹性位移结果见图3.3.JOB TITLE
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