地下結構工程（第四講）5、地下結構工程數值模型及分析技術2003年4月包括五個方面的問題

5.1地下結構數值模型的建立5.2初始地應力場的形成5.3地下工程開挖和支護的模擬5.4對計算結果的分析方法5.5FLAC程序簡介

5.1地下結構數值模型的建立1、計算范圍的確定和離散方法（i）關于計算范圍(scopeofproblem)大多數地下工程都涉及無限域或半無限域，而有限元法處理這類問題通常是在有限區域里進行離散化。為了使這種處理方法不至于產生過大的誤差，離散區域必須有足夠的范圍，并使區域外邊界條件盡可能接近實際狀態。理論分析表明，在均質彈性無限域中開挖的圓形洞室，由于荷載釋放而引起的洞周介質應力和位移變化，在五倍洞徑范圍之外將小于ｌ％，三倍洞徑之外約小于５％。考慮工程的需要和有限元離散誤差以及計算誤差，一般選計算范圍沿洞徑各方向均不小于３～４倍洞徑為好。但計算實踐表明，對非圓形洞室或各向異性巖體材料中開挖的洞室，則計算范圍應適當擴大或取上限尺寸。如果只考慮自重應力場，則可借助于無限域單元，免去計算范圍選取的麻煩，但是無限元和有限元的交接位置的確定仍要考慮上述原則，只是范圍可略小一些或取下限。（ii疑）關于構離散骨（d讀i煤s霜c烈r返e踐t祝i豈z變a雙t贊i頌o陡n)使網用鋸有違限拌元瓶法碗進棕行惱地經下板工但程待分跌析瀉，刊在索計什算廳范你圍橋確燥定毀之誓后噴并兵非鞋任烈何更一使種數離勻散唯形頸式役都敢可觀以雹得濟到抹同耐樣新的龜結芹果濫。畫單張元蘆劃途分秀的辮疏桐密瞎，刑大爛小當和徹形劈燕狀治都古會梅影言響院計兆算濃精沃度說。清理染論涉上蓬講笛，很單累元喇劃基分售得賓越亡密柱越題小得，顏形膨狀乳越青規用則烈，杏計擴算秋精材度樹越皆高俯。安據廁誤匯差基分笑析雅，綁應菠力嘴誤夜差條與申單吵元頂尺割寸居一哭次蝴方醉成皮正醒比納，逝位棍移聲誤訪差霉與狠單怖元任尺臟寸何二毛次們方鉛成轉正倒比顛。但在圣實際謝工程用中人菜們總森是對賽計算王范圍很中的隱某些混區域僻更感堆興趣誤，如吳洞室誕或地輸下結叛構物握周圍插區域更，地減質構陣造區顧域等叔應力胃位移涼變化偷梯度錄大以匆及荷消載有訓突變跡的區嚷域。寄上述碰部位陡的單父元劃駛分可贊加密直，而鋼其它鍬區域強則可拐稀疏笛一些竟。疏鑰密區厚單元畫大小袍相差兩不宜飄過大扁，應獸盡可白能均歌勻過崗渡。渠有人抓研究光認為扭邊緣眠區域注單元必尺寸疲可為挪稠密掠區域敞單元憑的５碎～１然０倍甩。(ii粱i)關靠于命單婆元殖型逆式最(p幼a江t卸t寇e綁r卷n捕o扒f塑e須l啄e況m已e鋤n用t擴)單元斜形式胳可采窮用三她節點孕三角廢形常球應變急元，氏六節購點三途角形張變應煤變元訪，四喇節點灣四邊木形和賊八節遭點四萍邊形所等參秘元等四。對稠三維氏問題陳則常解用八減至甘很節點冒六面因體單飛元和僵殼單住元等劫。三勒角形孔單元徹的優中點是里對復匹雜的桑幾何爐形狀甚適應翻性強呼。在占洞室魄周圍床附近宿區域般的應漿力變哪化較沒大，遺采用民較密扁的三淚角形先單元剩往往律比多趣節點個四邊逝形單均元取氧得更枕高的脊計算糊精度訊。三葬角形嬸單元捉形成預的整諸體剛度陣呢帶寬皂較小記。在兵非軟線鉆性程分癥析斜中穗，魔由崖于族單蹦元息個這數鑼多她，紗更前能廉反葉映賺材斑料章彈鵲模己和遲泊戚松旋比存的搏非謝線請性肢變籮化呼。岔缺黎點寄是茶三是角炭形蒸單坑元才應在力月波趙動殲大倒，鏈相鉤鄰岔單站元機應綁力磨往姿往看不烈連急續漆。藏四搬邊曲形礙單卡元鐵的梅優磁點稱是步能嬌夠占較孟好斃地擊反神映廊應臉力顏變勤化研。托當坡節垂點恐數元相何同委時金精滲度哄高份于漆三洞角促形口單北元達，引且撓在混邊擔界萬較撈規敲則尋時均用濁四竿邊經形棍單緒元航較涂為蟻簡賴單洪。葬如宏果火程齒序披許室可賴，塔也夜可軌以腹混冬合孔使嘗用鴨三展角總形發與蟲四糾邊隨形貫單貧元賭，欲但盟公趣共僵邊唯上濟位沙移計必留須趴協君調謠。與在儀離詳散聯計至算蛛區惱域認時坡還春需掛注箭意江以儀下鳥幾室方杯面惜的煮問歐題群。(痛i些v同)應蜓注陵意桃的爆幾罰個介問丹題堂（r笛e對m鑒a嗽r療k晝s認）1陸）一稼個吩單穴元幸各叨邊綁長銅相平差形不重能警過盆大典，懲兩禾邊麻夾墊角犬不幅能偉過撞小墾，產各豎夾絨角貍最矛好趕盡般量株相嬌等繞。2）站一個漸單元栽中不萌能包翻含兩喇種或帝兩種灘以上歉的材國料。3感）拖集分中卸荷某載文作甚用藍點船或舊荷溉載郵突晝變食處廚必肥須完布具置撈節土點狠。4）解如地談下結徑構和倆巖體煩結構神在對訓稱性資取部膨分計臣算范慰圍進把行離鄰散。茂幾何應形狀寫和材浩料特幫性方寇面都侄具有墊對稱攻性時寇，可敞利用仰該對強稱性取部核分計柜算范喂圍進堡行剖縫分。5）添洞室么邊緣麻兩側秩的對動應單饅元，角其大榜小形凡狀盡色量一薄致。6魂)屯洞局室辦邊鎖緣冰及登附觸近鐘單盛元攻的婆布陸置衫應企考污慮飽設礎置耐錨促桿謹的晶方宋向仆及盲深插度悔，飽以音便會施鋤加扶錨滲固陡力托。7)跑洞室焰內單工元的畫劃分記要考輩慮到腐分期篇開挖擦的分道界線撲和部河分開膽挖區濾域的童分界純線。8）墻計膜算煎范莖圍朵內款的娃單六元鑰劃羽分料還唐要驅考孕慮聽到逼地典下猴水維位廳的兔變勝化仁分航界輩面拔。2、倡邊界述條件計算恢范圍限的外顫邊界爬可采術取兩蔑種方敘式處覽理；浩其一冠為位父移邊劑界條尼件，蜻即一宅般假繼定邊得界點雕位移減為零夸（也伍有假碰定為爹彈性謊支座從或給慶定位釣移的酷，但考地下拳工程餓分析哭中很齒少用救）。調其二喝是假泳定為蝕力邊紅界條徐件，肯包括絹自由摩邊界(P苦=０)條件獨。還螺可以摟給定委混合真邊界飯條件灣，即許節點卷的一女個自估由度念給定立位移牙，另皆一個牛自由開度給肉定節賽點力聰（二博維問煙題）分。當拼然無煤論哪掠種處比理都究有一勺定的欲誤差捏，且蘇隨計升算范薯圍的談減小拘而增層大，廟靠近深邊界掠處誤勿差最史大，裁這叫遍做“占邊界膏效應激”。陶在動拔力分進析中漠影響陵更為饞顯著衛，需參妥善幕處理察。下取圖給盼出了意幾種園邊界襖條件闖形式通。在生喉成初枝始應眉力場脂后邊尊界條嫁件應喘該重魯新設唐置，門取消衫邊界悅力，賀改為敲位移音邊界聽條件編。對于謊采用汪無界觸元的作情況殃，則妥在無洪限遠震處邊滔界條召件自桐然滿棄足，底不用逢再設衡邊界墻條件北。但尋是要緞注意候產生眼剛體征位移沒的可揀能。5熱.誤2局初輩始晉地無應迎力皂場饑的園形邊成1、初始禍應力寬場主拍要由作巖體臉自重留和地酸質構光造力辛產生博。但份如何夢正確痕地確象定這馬種應廢力場食至今貓未得飄到妥冊善解釣決，準因為屋構造紡應力嗚常常刑分布盲極不慌均勻途，而蹦費用狂昂貴編的現斑場地米應力餃測量塑只能善給出洋計算杯范圍爆中少口數幾搭個點轉的地落應力搜值。一厚種旱常判用軟的司方螺法映是堪根汗據裁自順重闊應廁力削場鼻及撥構鄭造啞應墊力率場飽的晌特友點面，街確杯定漁較指符陵合收計殺算軟區材域鉤地帥質寒特士點鑰的信力叫邊卡界賣條叛件臣，原并班利墊用虜部緊分廢量巖測茫數鏈據者進躲行蒸調批整儲和逆修握正助。屯這令與繁簡鉗單歲地曬硬擺湊京已付知披點截地融應岸力諸是鳳不業同漠的鑒。自疫重懶應格力潑場粥的敵特斑點浪是獄垂紹直侮及情水尖平墻方徹向泡為養主蛋應使力乓方滲向逐，夕主遵應漲力沙均序為騰壓口應爺力抗，銜其關大念小犁僅懸與秀深桃度弓有奧關倘而餐與招水屬平渣位互置碧及已時村間番無沫關床。扇一仔般江認舞為薄由借自窯重絞產茄生睡的濤垂碼直抄及斯水蠶平隨地階應絨力舌為漂：v=毅H,h=vK=H(/橋(1由-監))而毯構群造設應給力翻場影主哈要鄰與覽巖何性誦分歸布熄和躺構搶造村形阿式晴有賠關推.新堅跟硬賊完輛整守的冷巖咳體振中泰往諸往深構細造須殘掉余叛應絹力微較毛高棗，竟而卷破騰碎冒松鄰軟聾巖洞體癢中替就艦較銅低夜，瞞沿碗河罰谷坑附裹近改的怎巖偵體犁由映于截卸匙荷賠作獨用刑會捆使秀地城應恨力賣方余向標和世大判小下發法生喪改寸變浪。祖一敏般凳也緣瑞不免考紫慮絕構井造砍應逐力征場鬧與諸時途間佛的缸關安系冤。彈水桂電墨工螞程披地四下例洞再室皇往蛛往歡埋孝深總不箭會卸太第大創，逮不糊會魂受染到敏地架熱娃影輩響強，伙不寨必暈考痛慮賭溫掌度等應庸力獲場建。式怪中x姐,叛y為坐圣標;γ為惕巖飯體浴材由料因參薦數腔;Fx，拼Fy為痰構鏡造棍作盒用膝力遷；為邊界界位像移,T為溫刃度。善它們置可由炸各種飄計算寇模型警給出殃。先災將計口算區繼域離枕散化昂，給董定，Fx，Fy等的痕初值惹，用舊有限格元法煩計算晴域內徒應力殺，求化出相段應于拌特定,Fx,Fy等因驅素的淹基本朝初始各應力梯,F脊x,F欣y，橋將產其沈與爛相朱應咳回辯歸捕系閘數糞相預乘渣并扁迭礙加腎，蘿得勻到艷初柴始駁應稈力迅場栽的惜回盟歸句方關程騰：2塊、新另膛一御種舅方顛法憤是丙利缸用茄量煉測防點臟的丹地鑒應君力銜值俘對丙非縮慧均怎勻膊地喜應譜力浮場攝進妄行怠回封歸銹分躲析叉，諸簡偉介蝦如記下道。以平繡面問村題為忌例初坐始地冷應力蒸場可江認為避是如銳下參顯變量是的函撇數：式盆中ｂ1，ｂ2……為回純歸系鵝數；εk為觀撞測誤濱差。噴當有撥ｎ個悼觀測捎值時崖，應春有：1瘡）液觀擺測衰誤蕉差εk的數豪學期吼望值恩全為什零，搬即2）址各次倘觀測袍值互謠相獨帖立并膨有相睜同精價度，學即εk間莫的秋協蘇方谷差河為吳：各正測慘點倍的將現隱場滿量泳測包值σk為ｎ蒙個獨達立觀驅測值棗，σ為弟ｎ京個技觀憲測姨值氣的產總玩體申。鄉豐由有各非基橋本景因茶素咳△構,Fx，Fy……植所得謙的基蓄本初女始應捷力k,F歲x饒k,F搬k鹿y,…為金方浩程眉（日2沖）咽的罰自側變凡量頁。鼻根培據豈各能實揀測眠點佳提盆供麗的送ｎ悔組類實冶測奔值身，南以旬及錦由汁數搶值鞭方番法吐計善算趟的依“妨數常字背觀喊測兵值坦”臂給賭出鵲的扒各限回兵歸破系榴數雹估紫計厘值b1，b2，…脅，可部以算駱出誤早差估挖計值ek和咸殘旦差顏平送方避和Ｑ：形成陵由ｍ霞個方伸程組淡成的攔法方硬程組支，解命出回研歸系灶數bi，再鍋用bi乘以互基本月初始夸應力兔即得午到初遼始應箭力場辯。為株使方撒程組分有唯焦一解甜，地茶應力蔬量測劉點數鞋ｎ至可少應延等于m。回唯歸席分施析藏質的量店可須由絞相瘦關分佛析即，魯方楊差沃估評計眨，玻顯趣著僻性界檢朽驗塌等將予菊以品檢害查堅驗勇證銷。式崖中禮ｍ餡為斯回爐歸柜方雀程拴中柄應沿力景影扇響饑因揪素府的葡個軌數般。火根估據小最魄小侮二夫乘沉法奇，瓜使采Ｑ濱為矮最猾小緣瑞，致利喇用飄極拼值胡條艷件鳥：3獸、帥還升有劫人麗采瞇用美模負擬啞地派形示演堡化渣過粥程期來屢生嚷成北地智應撞力想場遼。喉即田第廚一銜步毯先牛模西擬繼一吧塊北均烤勻召的橋地貸殼怎，巖范殃圍心要紙求捆取權得網與蔑工癥程綢范錦圍隱相賄比狂足漸夠衫大聲。蹄地狼層飯分影布掛與急實廉際鉤工斤程掌區燦域螺相朵同假。皂除序了明自脊重特之窯外病，牢邊壁界酒上后還肉作囑用籮有床根美據泡區劍域悄地降應邪力櫻量塊值活和蠅方飄向仰所舒確潔定林的碑分魄布背力僅。候進品行吧平戀衡達計宰算格，掀迭燒代射收悲斂泛到姨兩毅次擾計瘋算股誤董差茂小漸于格給紡定巴誤舒差銅后漲，烈即筒認頸為煙形棵成麗了堆遠模古純應遇力飯場摟。佳然瓣后割采南用阻分鴨期粒開病挖閘的盡方秤式廣，撒模代擬鴨地假形柏、駁地屆貌姓形愿成螞的丙過堤程蜻，蠢一憤直怠到喚模座擬寬的怕地呀形秧與泳實杯際譽地有形川相柱一由致北。何這閘時約計情算匙域梳中衰的黎應威力魔場迫分粥布攝就腰可賺以厲認潔為妙是騎當州前水的繩應派力婦場塔。4找、的在姜生藝成逮初餓始賺應召力意場胳的估中腦要擾注魔意各部鑰分材飄料的促容重微采用托實際離值將各博種材嗓料均濁變為維線彈替性材恢料，博不考育慮非筑線性廊和彈敢塑性每計孫算一烏步，店將各第結點平位移膛重新機賦為昌零值生駕成禮滿番意術的備初役始趙應無力征場絕后額，仍再欲將該材匠料盲參樸數屈置醒換姓成拿實繩際盆參商數響，征然剖后伏進良行偏開陵挖慕計負算罵。5.回3劍地下紗工程杯開挖奸和支怎護的講模擬施附工喊過誼程享主凡要誰包脅括終洞造室雷的赤開茶挖荷及序內理部陜混賞凝覺土拾結攏構改或種襯的砌賞的尸澆愚筑早，已采記用芹新核奧賞法描施抬工萬時渾還總包犯括充噴襖混池凝勢土堪和士錨琴桿銳錨疲索詢的刃設收置行等筍等走。丟這跪些稍施刷工照過金程列都送相偵當拉于肢在灶原居始揭地針應凍力嚇場數中救增呢加煤新壓的衡荷領載貨或牙改馳變兩地斜下嚼結撇構書的額材晉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