盾构隧道开挖，两侧地表位移反弹

stockton

一个简单模型，只模拟了一个开挖步，第一个计算步是地应力平衡，第二个计算步是释放部分应力，第三个计算步加衬砌杀死开挖土体。

问题：从第二个和第三个计算步的位移云图深蓝颜色的范围想上扩大可以看出：两侧土体位移反弹了，这不符合实际施工情况。我从模型的地表中间和边侧各取一个点得到X-Y位移图，可以看到：地表中间的位移是增大的，但是边侧那点是反弹的。
我找了很多原因，比如网格的划分问题、材料参数问题、model change使用问题等，都没有结果，现在我怀疑是地应力平衡不成功。原因是：在下面的地应力平衡位移图中，位移最大的点不在地表（三个计算步都是这样），中间两侧云图很不规则。

现在上传inp文件，烦请指点迷津！

stockton

另外问一下，是不是新手会员不能发悬赏的帖子啊？我这问题困扰很久了，急于解决，想拿几十个仿真币来悬赏解决问题！

jsnjcivil

不用使用悬赏来解决问题的吧？？？本版块有好多热心的斑竹和高手可以给你指点的。
我做盾构隧道施工模拟没多久，在此谈谈我自己的观点及疑问：
1、楼主采用降温法模拟应力释放，弹性模量E初始是4.3e+08，后来变为1.72e+08，即原来的40%。
个人感觉弹模这样也降低的太多了，看过有些论文提到应力释放为20~30%左右。而且，采用降低弹模法来释放应力的话，远处靠近边界的土体也会产生沉降的（我模拟过二维的），这一点与实际不符。
2、楼主使用如下语句来实现节点、单元追踪：
*elcopy,oldset=Set-lining,newset=lining,element shift=10000,shift nodes=0
*elcopy,oldset=Set-lining,newset=trace,element shift=20000,shift nodes=0
不知道这样可不可以算得上是共用节点、单元？？？
我没用过这种语句，不知道功能如何。
如果不使用elcopy，而直接在模型的Step3中改变将要变成衬砌的土体的材料参数呢？
这样的话，和你使用elcopy算得的结果会不会有差距，差距大不大？？？
3、我觉得你地应力平衡得还算可以了，在10的-5次方，我做的管土接触模拟的地应力平衡只能做到10的-4次方。

stockton

非常感谢jsnjcivil的热心探讨
1、盾构模拟施工，应力释放是应该在20~30%左右。但是我在inp修改释放到25%后，两边侧地表土体位移还是反弹，从位移云图颜色深浅的范围变化来看，反弹更厉害。边侧产生一点沉降没有多大关系，但是反弹就更离谱了。
2、“直接在模型的Step3中改变将要变成衬砌的土体的材料参数”，我模拟过，这个方法模拟盾构开挖所有地表位移都反弹，包括隧道上方土体。会员hefupu的帖子《隧道施工过程的模拟所遇到的问题跟大家报告》 说的地表反弹，也是用这个方法。
3、我很长一段时间也怀疑使用*elcopy语句和*model change语句使用有错误。在这之前，不仅边侧地表位移反弹，地表中间也反弹。经过不停地重新建模，变换在property、assembly模块中partition和set的操作，中间的反弹才消除（但是自己也搞不清为什么就消除了）。
4、我觉得这个地应力平衡有点问题，位移最大值应该出现在地表，位移云图颜色带应该很均匀地从上到下分部。

stockton

随着计算步的进行，隧道开挖的地面沉降应该是不断增大的，而且边侧的位移应该是几乎为零的

好像会员hefupu解决了这个问题，还烦请能指点~~~

jsnjcivil

我将楼主inp文件中的语句
*Solid Section, elset=trace, material=trace
1.,
以及
*elcopy,oldset=Set-lining,newset=trace,element shift=20000,shift nodes=0
删除后，提交计算。
和楼主的原模型计算的结果对比了一下，发现在剩下（非开挖）的4050个土体单元中，只有13处（估计也就是13个单元）的单元质心应力有差异，其余的都是一样的。衬砌的应力也是完全一致的。
这就让人不得不怀疑追踪法的有效性了。
感觉再定义一个trace作为追踪单元就是多余的。

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http://forum.simwe.com/viewthread.php?tid=842837&extra=&page=3
52# 所述：
我提到的“钝化单元集”和“非钝化单元集”从这两个名词上看也能看出来，这两个单元集是不可能有交集的，而不是像stockton的模型里那样相互包含。Elcopy的单元，只针对“钝化单元集”，故称“备份钝化单元集”，所以，一般情况下，针对一组“钝化单元集”，elcopy只需要用一次，而不是stockton模型中的两次。

jsnjcivil

要是不使用elcopy的话，直接改变土体的材料参数为衬砌参数，那么生成衬砌那一步（最后一个分析步）算得的土体位移（无论是隧道顶部，还是底部），都要小于elcopy法算得的位移。
这是什么原因呢？？？

不使用elcopy的附件：

附上位移云图

放在一起对比.jpg

原模型位移云图.jpg

修改模型的位移云图.jpg

stockton

1、昨天和师兄探讨了一下，发现应力图都差不多是那么回事，就是最后的位移图有问题，才发现我用的是弹性模型算的（本人一时疏忽）。如果用D-P模型的话就没有反弹问题，不过怎么选选D-P参数还不是很懂
2、前段时间对elcopy复制单元跟踪几何位置功能的用法也思考过很多。结果发现不用elcopy对结果没什么影响，用了反倒是帮了初始地应力平衡的忙：不用elcopy的时候，地应力平衡后地表的应力很大不为零；用了elcopy，地应力平衡后地表的应力为零或者是e-14次方

jsnjcivil

1、昨天和师兄探讨了一下，发现应力图都差不多是那么回事，就是最后的位移图有问题，才发现我用的是弹性模型算的（本人一时疏忽）。如果用D-P模型的话就没有反弹问题，不过怎么选选D-P参数还不是很懂
2、前段时间对elcopy复制单元跟踪几何位置功能的用法也思考过很多。结果发现不用elcopy对结果没什么影响，用了反倒是帮了初始地应力平衡的忙：不用elcopy的时候，地应力平衡后地表的应力很大不为零；用了elcopy，地应力平衡后地表的应力为零或者是e-14次方
stockton 发表于 2009-4-17 09:29

位移云图相差还是比较大的。
【如果用D-P模型的话就没有反弹问题】，我对此持怀疑态度。
你所指的是土体使用的材料模型吧？

jsnjcivil

最近几天发现，使用temperature或者field是不能在本分析步改变材料的密度的，弹模和泊松比倒是可以的。
不信的朋友可以试试将7#的附件改改看。
在第三个分析步中定义：
*temperature
Set-lining,2
7#的附件对应的*Density是：2500.,2
如果改为5000.,2，算得的结果是一样的。
所以我觉得：使用temperature或者field是不能在本分析步改变材料的密度的。

stockton

如果真如jsnjcivil 所说，那就不能用场变量的改变来使土体材料变换到衬砌了哈，只能用model change来实现了

jsnjcivil明白了追踪法的原理，请问你对比了在使用与不使用elcopy复制单元追踪几何位置的两种情况下，衬砌的位移有变化没有？
我现在怀疑这个方法的有效性

jsnjcivil

如果真如jsnjcivil 所说，那就不能用场变量的改变来使土体材料变换到衬砌了哈，只能用model change来实现了

jsnjcivil明白了追踪法的原理，请问你对比了在使用与不使用elcopy复制单元追踪几何位置的两种情况下，衬 ...
stockton 发表于 2009-4-19 23:54

还没有对比过，不过感觉追踪法的原理还是比较不错的

jsnjcivil

请问楼主：
由应力释放步，到生成衬砌步，隧道顶部的沉降和底部的回弹会继续发展，还是会被抑制？？？
对于两侧地表位移隆起，楼主有什么解决办法吗？？？

stockton

由应力释放步，到生成衬砌步，隧道顶部的沉降和底部的回弹会继续发展

对于两侧地表位移隆起，还没有解决办法，现在在尝试用其它方法模拟

jsnjcivil

7# jsnjcivil

为什么使用elcopy时，隧道顶部的沉降大于隧道底部的隆起？？？

而不使用elcopy时，隧道顶部的沉降反而小于隧道底部的隆起？？？

个人感觉应该是，隧道顶部的沉降大于隧道底部的隆起的。

tjuzlm

如果 用D-P模型也会产生比较大的回弹，我做过这方面的东西，需要把弹性模量取得比较大才行

menyanqing

学习一下，谢谢前面高手的讨论

rocksoul

追踪法对土体开挖成洞施加混凝土衬砌（相对土体来说刚度要大几个数量级）是有效的，因为如果开挖应力释放的很多（往往工程实际是很难做到及时支护的），而且地应力很大的情况下，开挖过程中洞室变形很大（几十厘米的变形），不采用追踪洞室变形位置而直接施加刚度大的衬砌会造成不合理的应力集中。
不妨试试不用追踪法和使用追踪法施加衬砌计算完毕后，采用追踪法的衬砌应力分布均匀，如果不采用追踪法衬砌与周围隧洞交际面处的应力要大些。
对于岩体里面是隧洞，因衬砌和岩体刚度相差不大，采用不采用追踪法计算结果相差很小。
产变量可以控制密度的改变吧。个人感觉没有问题的。

jsnjcivil

追踪法对土体开挖成洞施加混凝土衬砌（相对土体来说刚度要大几个数量级）是有效的，因为如果开挖应力释放的很多（往往工程实际是很难做到及时支护的），而且地应力很大的情况下，开挖过程中洞室变形很大（几十厘米的 ...

产变量可以控制密度的改变吧。个人感觉没有问题的
rocksoul 发表于 2009-4-26 11:28

我尝试了下，好像没有软件宣传的那么厉害的。
我的两个帖子：
【求助】使用*field或*temperature模拟材料参数的变化，得到结果竟然不一致。bug？
http://forum.simwe.com/thread-875823-1-4.html

【求助】通过*field在某一分析步改变材料密度，为什么在下一分析步才起作用？？？
http://forum.simwe.com/thread-875299-1-4.html

wbustianca666

请问下我模拟也出现中间沉降，两侧地表隆起的现象，请问怎么解决谢谢