T地下結(jié)構(gòu)工程－教學(xué)9

地下結(jié)構(gòu)工程（第四講）5、地下結(jié)構(gòu)工程數(shù)值模型及分析技術(shù)2003年4月包括五個(gè)方面的問題

5.1地下結(jié)構(gòu)數(shù)值模型的建立5.2初始地應(yīng)力場的形成5.3地下工程開挖和支護(hù)的模擬5.4對(duì)計(jì)算結(jié)果的分析方法5.5FLAC程序簡介

5.1地下結(jié)構(gòu)數(shù)值模型的建立1、計(jì)算范圍的確定和離散方法（i）關(guān)于計(jì)算范圍(scopeofproblem)大多數(shù)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(qū)域里進(jìn)行離散化。為了使這種處理方法不至于產(chǎn)生過大的誤差，離散區(qū)域必須有足夠的范圍，并使區(qū)域外邊界條件盡可能接近實(shí)際狀態(tài)。理論分析表明，在均質(zhì)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(zhì)應(yīng)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％?？紤]工程的需要和有限元離散誤差以及計(jì)算誤差，一般選計(jì)算范圍沿洞徑各方向均不小于３～４倍洞徑為好。但計(jì)算實(shí)踐表明，對(duì)非圓形洞室或各向異性巖體材料中開挖的洞室，則計(jì)算范圍應(yīng)適當(dāng)擴(kuò)大或取上限尺寸。如果只考慮自重應(yīng)力場，則可借助于無限域單元，免去計(jì)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）關(guān)于離散（discretization)使用有限元法進(jìn)行地下工程分析，在計(jì)算范圍確定之后并非任何一種離散形式都可以得到同樣的結(jié)果。單元?jiǎng)澐值氖杳?，大小和形狀都?huì)影響計(jì)算精度。理論上講，單元?jiǎng)澐值迷矫茉叫?，形狀越?guī)則，計(jì)算精度越高。據(jù)誤差分析，應(yīng)力誤差與單元尺寸一次方成正比，位移誤差與單元尺寸二次方成正比。但在實(shí)際工程中人們總是對(duì)計(jì)算范圍中的某些區(qū)域更感興趣，如洞室或地下結(jié)構(gòu)物周圍區(qū)域，地質(zhì)構(gòu)造區(qū)域等應(yīng)力位移變化梯度大以及荷載有突變的區(qū)域。上述部位的單元?jiǎng)澐挚杉用?，而其它區(qū)域則可稀疏一些。疏密區(qū)單元大小相差不宜過大，應(yīng)盡可能均勻過渡。有人研究認(rèn)為邊緣區(qū)域單元尺寸可為稠密區(qū)域單元的５～１０倍。(iii)關(guān)于單元型式(patternofelement)單元形式可采用三節(jié)點(diǎn)三角形常應(yīng)變?cè)?，六?jié)點(diǎn)三角形變應(yīng)變?cè)?，四?jié)點(diǎn)四邊形和八節(jié)點(diǎn)四邊形等參元等。對(duì)三維問題則常用八至甘節(jié)點(diǎn)六面體單元和殼單元等。三角形單元的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)復(fù)雜的幾何形狀適應(yīng)性強(qiáng)。在洞室周圍附近區(qū)域的應(yīng)力變化較大，采用較密的三角形單元往往比多節(jié)點(diǎn)四邊形單元取得更高的計(jì)算精度。三角形單元形成的整體剛度陣帶寬較小。

在非線性分析中，由于單元個(gè)數(shù)多，更能反映材料彈模和泊松比的非線性變化。缺點(diǎn)是三角形單元應(yīng)力波動(dòng)大，相鄰單元應(yīng)力往往不連續(xù)。四邊形單元的優(yōu)點(diǎn)是能夠較好地反映應(yīng)力變化。當(dāng)節(jié)點(diǎn)數(shù)相同時(shí)精度高于三角形單元，且在邊界較規(guī)則時(shí)用四邊形單元較為簡單。如果程序許可，也可以混合使用三角形與四邊形單元，但公共邊上位移必須協(xié)調(diào)。在離散計(jì)算區(qū)域時(shí)還需注意以下幾方面的問題。(iv)應(yīng)注意的幾個(gè)問題（remarks）1）一個(gè)單元各邊長相差不能過大，兩邊夾角不能過小，各夾角最好盡量相等。2）一個(gè)單元中不能包含兩種或兩種以上的材料。3）集中荷載作用點(diǎn)或荷載突變處必須布置節(jié)點(diǎn)。4）如地下結(jié)構(gòu)和巖體結(jié)構(gòu)在對(duì)稱性取部分計(jì)算范圍進(jìn)行離散。幾何形狀和材料特性方面都具有對(duì)稱性時(shí)，可利用該對(duì)稱性取部分計(jì)算范圍進(jìn)行剖分。5）洞室邊緣兩側(cè)的對(duì)應(yīng)單元，其大小形狀盡量一致。6)洞室邊緣及附近單元的布置應(yīng)考慮設(shè)置錨桿的方向及深度，以便施加錨固力。7)洞室內(nèi)單元的劃分要考慮到分期開挖的分界線和部分開挖區(qū)域的分界線。8）計(jì)算范圍內(nèi)的單元?jiǎng)澐诌€要考慮到地下水位的變化分界面。2、邊邊界條條件計(jì)算范范圍的的外邊邊界可可采取取兩種種方式式處理理；其其一為為位移移邊界界條件件，即即一般般假定定邊界界點(diǎn)位位移為為零（（也有有假定定為彈彈性支支座或或給定定位移移的，，但地地下工工程分分析中中很少少用））。其其二是是假定定為力力邊界界條件件，包包括自自由邊邊界(P=０)條件。。還可可以給給定混混合邊邊界條條件，，即節(jié)節(jié)點(diǎn)的的一個(gè)個(gè)自由由度給給定位位移，，另一一個(gè)自自由度度給定定節(jié)點(diǎn)點(diǎn)力（（二維維問題題）。。當(dāng)然然無論論哪種種處理理都有有一定定的誤誤差，，且隨隨計(jì)算算范圍圍的減減小而而增大大，靠靠近邊邊界處處誤差差最大大，這這叫做做“邊邊界效效應(yīng)””。在在動(dòng)力力分析析中影影響更更為顯顯著，，需妥妥善處處理。。下圖圖給出出了幾幾種邊邊界條條件形形式。。在生成成初始始應(yīng)力力場后后邊界界條件件應(yīng)該該重新新設(shè)置置，取取消邊邊界力力，改改為位位移邊邊界條條件。。對(duì)于采采用無無界元元的情情況，，則在在無限限遠(yuǎn)處處邊界界條件件自然然滿足足，不不用再再設(shè)邊邊界條條件。。但是是要注注意產(chǎn)產(chǎn)生剛剛體位位移的的可能能。5.2初初始地地應(yīng)力力場的的形成成1、初始應(yīng)應(yīng)力場場主要要由巖巖體自自重和和地質(zhì)質(zhì)構(gòu)造造力產(chǎn)產(chǎn)生。。但如如何正正確地地確定定這種種應(yīng)力力場至至今未未得到到妥善善解決決，因因?yàn)闃?gòu)構(gòu)造應(yīng)應(yīng)力常常常分分布極極不均均勻，，而費(fèi)費(fèi)用昂昂貴的的現(xiàn)場場地應(yīng)應(yīng)力測測量只只能給給出計(jì)計(jì)算范范圍中中少數(shù)數(shù)幾個(gè)個(gè)點(diǎn)的的地應(yīng)應(yīng)力值值。一種常常用的的方法法是根根據(jù)自自重應(yīng)應(yīng)力場場及構(gòu)構(gòu)造應(yīng)應(yīng)力場場的特特點(diǎn)，，確定定較符符合計(jì)計(jì)算區(qū)區(qū)域地地質(zhì)特特點(diǎn)的的力邊邊界條條件，，并利利用部部分量量測數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)進(jìn)行調(diào)調(diào)整和和修正正。這這與簡簡單地地硬湊湊已知知點(diǎn)地地應(yīng)力力是不不同的的。自重應(yīng)應(yīng)力場場的特特點(diǎn)是是垂直直及水水平方方向?yàn)闉橹鲬?yīng)應(yīng)力方方向，，主應(yīng)應(yīng)力均均為壓壓應(yīng)力力，其其大小小僅與與深度度有關(guān)關(guān)而與與水平平位置置及時(shí)時(shí)間無無關(guān)。。一般般認(rèn)為為由自自重產(chǎn)產(chǎn)生的的垂直直及水水平地地應(yīng)力力為：：v=H,h=vK=H(/(1-))而構(gòu)造造應(yīng)力力場主主要與與巖性性分布布和構(gòu)構(gòu)造形形式有有關(guān).堅(jiān)硬硬完整整的巖巖體中中往往往構(gòu)造造殘余余應(yīng)力力較高高，而而破碎碎松軟軟巖體體中就就較低低，沿沿河谷谷附近近的巖巖體由由于卸卸荷作作用會(huì)會(huì)使地地應(yīng)力力方向向和大大小發(fā)發(fā)生改改變。。一般般也不不考慮慮構(gòu)造造應(yīng)力力場與與時(shí)間間的關(guān)關(guān)系。。水電電工程程地下下洞室室往往往埋深深不會(huì)會(huì)太大大，不不會(huì)受受到地地?zé)嵊坝绊懀?，不必必考慮慮溫度度應(yīng)力力場。。式中x,y為坐標(biāo)標(biāo);γ為巖體體材料料參數(shù)數(shù);Fx，F(xiàn)y為構(gòu)造造作用用力；；為邊界界位移移,T為溫度度。它它們可可由各各種計(jì)計(jì)算模模型給給出。。先將將計(jì)算算區(qū)域域離散散化，，給定定，F(xiàn)x，F(xiàn)y等的初初值，，用有有限元元法計(jì)計(jì)算域域內(nèi)應(yīng)應(yīng)力，，求出出相應(yīng)應(yīng)于特特定,Fx,Fy等因素素的基基本初初始應(yīng)應(yīng)力,Fx,Fy，將其其與相相應(yīng)回回歸系系數(shù)相相乘并并迭加加，得得到初初始應(yīng)應(yīng)力場場的回回歸方方程：：2、另另一種種方法法是利利用量量測點(diǎn)點(diǎn)的地地應(yīng)力力值對(duì)對(duì)非均均勻地地應(yīng)力力場進(jìn)進(jìn)行回回歸分分析，，簡介介如下下。以平面面問題題為例例初始始地應(yīng)應(yīng)力場場可認(rèn)認(rèn)為是是如下下參變變量的的函數(shù)數(shù)：式中ｂ1，ｂ2……為回歸歸系數(shù)數(shù)；εk為觀測測誤差差。當(dāng)當(dāng)有ｎｎ個(gè)觀觀測值值時(shí)，，應(yīng)有有：1）觀觀測誤誤差εk的數(shù)學(xué)學(xué)期望望值全全為零零，即即2）各各次觀觀測值值互相相獨(dú)立立并有有相同同精度度，即即εk間的協(xié)協(xié)方差差為：：各測點(diǎn)點(diǎn)的現(xiàn)現(xiàn)場量量測值值σk為ｎ個(gè)個(gè)獨(dú)立立觀測測值，，σ為ｎ個(gè)個(gè)觀測測值的的總體體。由由各基基本因因素△△,Fx，F(xiàn)y……所所得的的基本本初始始應(yīng)力力k,Fxk,Fky,…為方程程（2）的的自變變量。。根據(jù)據(jù)各實(shí)實(shí)測點(diǎn)點(diǎn)提供供的ｎｎ組實(shí)實(shí)測值值，以以及由由數(shù)值值方法法計(jì)算算的““數(shù)字字觀測測值””給出出的各各回歸歸系數(shù)數(shù)估計(jì)計(jì)值b1，b2，…，，可以以算出出誤差差估計(jì)計(jì)值ek和殘差差平方方和Ｑ：形成由由ｍ個(gè)個(gè)方程程組成成的法法方程程組，，解出出回歸歸系數(shù)數(shù)bi，再用bi乘以基基本初初始應(yīng)應(yīng)力即即得到到初始始應(yīng)力力場。。為使使方程程組有有唯一一解，，地應(yīng)應(yīng)力量量測點(diǎn)點(diǎn)數(shù)ｎｎ至少少應(yīng)等等于m?；貧w分分析質(zhì)質(zhì)量可可由相相關(guān)分析，，方差差估計(jì)計(jì)，顯顯著性性檢驗(yàn)驗(yàn)等予予以檢檢查驗(yàn)驗(yàn)證。。式中ｍｍ為回回歸方方程中中應(yīng)力力影響響因素素的個(gè)個(gè)數(shù)。。根據(jù)據(jù)最小小二乘乘法，，使ＱＱ為最最小，，利用用極值值條件件：3、還還有人人采用用模擬擬地形形演化化過程程來生生成地地應(yīng)力力場。。即第第一步步先模模擬一一塊均均勻的的地殼殼，范范圍要要求取取得與與工程程范圍圍相比比足夠夠大。。地層層分布布與實(shí)實(shí)際工工程區(qū)區(qū)域相相同。。除了了自重重之外外，邊邊界上上還作作用有有根據(jù)據(jù)區(qū)域域地應(yīng)應(yīng)力量量值和和方向向所確確定的的分布布力。。進(jìn)行行平衡衡計(jì)算算，迭迭代收收斂到到兩次次計(jì)算算誤差差小于于給定定誤差差后，，即認(rèn)認(rèn)為形形成了了遠(yuǎn)古古應(yīng)力力場。。然后后采用用分期期開挖挖的方方式，，模擬擬地形形、地地貌形形成的的過程程，一一直到到模擬擬的地地形與與實(shí)際際地形形相一一致。。這時(shí)時(shí)計(jì)算算域中中的應(yīng)應(yīng)力場場分布布就可可以認(rèn)認(rèn)為是是當(dāng)前前的應(yīng)應(yīng)力場場。4、在在生成成初始始應(yīng)力力場的的中要要注意意各部分分材料料的容容重采采用實(shí)實(shí)際值值將各種種材料料均變變?yōu)榫€線彈性性材料料，不不考慮慮非線線性和和彈塑塑性每計(jì)算算一步步，將將各結(jié)結(jié)點(diǎn)位位移重重新賦賦為零零值生成滿滿意的的初始始應(yīng)力力場后后，再再將材材料參參數(shù)置置換成成實(shí)際際參數(shù)數(shù)，然然后進(jìn)進(jìn)行開開挖計(jì)計(jì)算。。5.3地地下工程開開挖和支護(hù)護(hù)的模擬施工過程主主要包括洞洞室的開挖挖及內(nèi)部混混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)或襯砌的的澆筑，采采用新奧法法施工時(shí)還還包括噴混混凝土和錨錨桿錨索的的設(shè)置等等等。這些施施工過程都都相當(dāng)于在在原始地應(yīng)應(yīng)力場中增增加新的荷荷載或改變變地下結(jié)構(gòu)構(gòu)的材料而而產(chǎn)生二次次、三次···應(yīng)力場場。這是地地下工程數(shù)數(shù)值分析的的一個(gè)重要要特點(diǎn)。１．開挖過過程的荷載載釋放對(duì)于已知原原始應(yīng)力場場，可先求求出沿開挖挖面上各節(jié)節(jié)點(diǎn)ｉ的初初始應(yīng)力{σ0}i。有以下幾種種情況：（1）若為為均勻應(yīng)力力場，則有有{σ0}i＝{σ0}I－1＝{σ0}I＋1＝……＝{σ0}，{σ0}為給定的均均勻應(yīng)力向向量。(2）對(duì)于于非均勻應(yīng)應(yīng)力場，一一般都是由由有限元法法計(jì)算出來來的，而且且大多只給給出了單元元形心處的的應(yīng)力。此此時(shí)開挖面面上節(jié)點(diǎn)ｉｉ處的應(yīng)力力值可以由由節(jié)點(diǎn)ｉ周周圍各單元元應(yīng)力插值值求得。如如圖所示為為開挖邊界界節(jié)點(diǎn)ｉ及及周圍單元元。節(jié)點(diǎn)ｉｉ處應(yīng)力可可由下式求求得：{σ}i＝[1xiyixiyi][M]-1[σ]式中{σ}I={σxiσyiσxyi}T，xi,yi為節(jié)點(diǎn)ｉｉ坐標(biāo)；；為四個(gè)周周圍單元元形心坐坐標(biāo)；開挖邊界界荷載釋釋放計(jì)算算示意圖圖分別為四四個(gè)周圍圍單元形形心應(yīng)力力分量。。（３）對(duì)對(duì)于非均均勻應(yīng)力力場還可可以用已已知位移移和單元元?jiǎng)偠戎敝苯忧蟪龀龉?jié)點(diǎn)力力，因使使用較少少，這里里不贅述述。求出出各節(jié)點(diǎn)點(diǎn)應(yīng)力后后可由下下式計(jì)算算節(jié)點(diǎn)ｉｉ處的開開挖釋放放等效節(jié)節(jié)點(diǎn)力{P}i：將開挖釋釋放的等等效節(jié)點(diǎn)點(diǎn)力反加加于開挖挖邊界，，對(duì)已““挖去””的單元元材料賦賦一小值值，形成成所謂““空單元元”這就就完成了了開挖過過程的模模擬。值值得指出出的是用用“空單單元”取取代開挖挖單元，，可能導(dǎo)導(dǎo)致剛度度陣病態(tài)態(tài)。為解解決此問問題，可可令已挖挖去的節(jié)節(jié)點(diǎn)位移移為零，，并把這這些節(jié)點(diǎn)點(diǎn)相對(duì)應(yīng)應(yīng)的方程程從總剛剛度方程程中消去去。另外值得得提出的的是平面面計(jì)算中部分開開挖問題。如如在地下下電站洞洞群分析析中，主主廠房、、主變室室等部位位是沿軸軸線方向向全部挖挖通的，，但尾水水管，尾尾水調(diào)壓壓室和閘閘門井等等部位則則是中間間仍保留留了巖柱柱或巖墻墻，屬部部分開挖挖。這在平面面分析中中應(yīng)加以以考慮，，否則會(huì)會(huì)得出過過于保守守的結(jié)果果。工程程上目前前可以接接受的一一種處理理辦法是是選擇一一個(gè)部分分開挖系系數(shù)Ｋp它等于實(shí)實(shí)際開挖挖量與假假定全部部挖通開開挖量之之比。在在模擬部部分開挖挖單元時(shí)時(shí)，不是是把它們們變成““空單元元”而是是變成““部分軟軟化單元元”，即即把原單單元材料料特性指指標(biāo)均乘乘以Ｋp而變成一一種新材材料。２．澆筑筑建造過過程的模模擬地下工程程的開挖挖和支護(hù)護(hù)過程都都是分期期進(jìn)行，，相互交交替的，，因此數(shù)數(shù)值分析析過程也也要模擬擬這種施施工過程程。首先先，在劃劃分洞室室內(nèi)部單單元時(shí)就就必須考考慮整個(gè)個(gè)施工程程序，所所有開挖挖和澆筑筑部分的的邊線都都必須是是單元的的邊線，，而不能能在單元元內(nèi)部。。澆筑建建造過程程的模擬擬比較簡簡單，即即在開挖挖之后某某一規(guī)定定的分期期內(nèi)，將將澆筑部部分對(duì)應(yīng)應(yīng)的“空空單元””重新賦賦予襯砌砌材料的的參數(shù)后后再進(jìn)行行計(jì)算。。適當(dāng)改變變開挖和和澆筑建建造方案案，比較較圍巖應(yīng)應(yīng)力和變變形情況況，對(duì)確確定最優(yōu)優(yōu)施工程程序是非非常有效效的。３．錨噴噴支護(hù)的的模擬對(duì)于施工工中采用用錨噴支支護(hù)的模模擬有如如下幾種種考慮。。（1)端端部錨錨固的錨錨桿的軸軸向剛度度Sc、Sl是錨桿沿沿洞周及及軸向間間距ri是洞徑，，db是錨桿直直徑，l是錨桿長長度，Eb是錨桿彈彈模，Q是端部錨錨固錨桿桿的柔度度（2）全全長錨固固的錨桿桿的軸向向及切向向剛度D1,d2分別為錨錨桿與鉆鉆孔直徑徑下標(biāo)b和g分別代表表錨桿和和砂漿材材I為錨桿斷斷面的二二次矩（3）L.J.Lorig錨桿最大大抗剪力力模型by錨桿屈服服強(qiáng)度us剪切位移移增量試驗(yàn)和理理論分析析表明，，沿不連連續(xù)面的的剪切引引起的錨錨桿彎曲曲應(yīng)力隨隨到不連連續(xù)面的的距離增增加而迅迅速減小小。應(yīng)力力和變形形集中在在不連續(xù)續(xù)面附近近的活動(dòng)動(dòng)段中，，其長度度約為錨錨桿直徑徑的3～～4倍。。這樣，可可以用在在不連續(xù)續(xù)面附近近建立兩兩組彈簧簧來模擬擬這一活活動(dòng)段，，一組沿沿錨桿軸軸線方向向，一組組垂至于于軸線。。當(dāng)發(fā)生生剪切位位移時(shí)，，軸線方方向的彈彈簧發(fā)生生偏轉(zhuǎn)，，但仍保保持與活活動(dòng)段軸軸線方向向一致，，切向彈彈簧的方方向不出出現(xiàn)改變變。計(jì)算活動(dòng)段軸軸向位移增量量時(shí)，需要考考慮不連續(xù)面面附近粘結(jié)材材料或巖石因因剪切位移引引起的錨桿擠擠壓孔壁作用用。這樣應(yīng)在在按直線段計(jì)計(jì)算活動(dòng)段軸軸向位移增量量后，再乘以以一個(gè)系數(shù)：：ua.為軸向位移增增量總和；us、un為不連續(xù)面總總切向、法向向位移剪切情況的增增量型式屈服服模型及路徑徑函數(shù)為：（4）錨桿、、錨索的設(shè)置置也有人不考考慮對(duì)整體剛剛度的影響，，而作為一種種附加荷載施施加于相應(yīng)位位置的節(jié)點(diǎn)上上，尤其是端端部錨固的錨錨桿和錨索是是這樣處理的的。通過計(jì)算算兩錨固點(diǎn)之之間的相對(duì)位位移，可得到到錨桿（索））內(nèi)的拉應(yīng)力力，乘以錨桿桿斷面面積，，則可得到錨錨固節(jié)點(diǎn)力，，反加到節(jié)點(diǎn)點(diǎn)上再進(jìn)行下下一期的計(jì)算算。計(jì)算中采采用錨桿材料料的本構(gòu)模型型進(jìn)行判斷，，如錨桿應(yīng)力力。超過屈服服強(qiáng)度人則進(jìn)進(jìn)入塑性階段段，超過強(qiáng)度度極限則發(fā)生生拉斷，錨桿桿拉力釋放作作用到錨固節(jié)節(jié)點(diǎn)上去。（5）對(duì)于全全長錨固的錨錨桿，也可將將其分割為若若干段，每段段均簡化為端端部錨固的錨錨桿來處理。。沿錨桿分布布的剪應(yīng)力，，按其分布現(xiàn)現(xiàn)律化為等效效節(jié)點(diǎn)力施加加于錨桿通過過的各個(gè)節(jié)點(diǎn)點(diǎn)，再作用到到巖體上。（6）噴混凝凝土層較厚時(shí)時(shí)可采用殼單單元模擬或一一般的四節(jié)點(diǎn)點(diǎn)等參元模擬擬；較薄時(shí)可可采用梁單元元、桿單元模模擬。這些在在很多有限元元資料中都有有介紹。5.4對(duì)計(jì)計(jì)算結(jié)果的分分析方法對(duì)數(shù)值計(jì)算結(jié)結(jié)果的分析是是非常重要的的，而這一點(diǎn)點(diǎn)對(duì)于經(jīng)驗(yàn)不不多的人來說說又非常困難難。有的人完完成計(jì)算后得得出了一大堆堆數(shù)據(jù)和圖形形，但不知道道如何下手分分析它，看不不出這些數(shù)據(jù)據(jù)說明什么問問題，又能得得出什么結(jié)論論。根據(jù)多年來進(jìn)進(jìn)行地下洞室室工程計(jì)算的的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)訓(xùn)，感到可以以從如下幾個(gè)個(gè)方面對(duì)計(jì)算算結(jié)果進(jìn)行分分析和判斷：：1、位移分析析位移的時(shí)間空空間分布形式式的比較，包包括方向和大大小洞周位移是否否連續(xù)，有無無突變，位移移值是否均勻勻，離散程度度如何。位移隨深度的的變化情況，，位移剃度的的大小，位移移場分布是否否合理不同洞室相應(yīng)應(yīng)部位的位移移的比較位移值隨開挖挖或建造等施施工過程的變變化2、應(yīng)力分析析分析等應(yīng)力線線、主應(yīng)力矢矢量圖應(yīng)力分布與地地形地貌的關(guān)關(guān)系是否符合合一般規(guī)律？？應(yīng)力隨深度度的變化情況況，應(yīng)力剃度度的大小，應(yīng)應(yīng)力場分布是是否合理洞周應(yīng)力流的的分布如何。。應(yīng)力集中出現(xiàn)現(xiàn)的部位的比比較，應(yīng)力集集中系數(shù)的大大小拉應(yīng)力出現(xiàn)的的部位，量值值應(yīng)力值隨開挖挖或建造等施施工過程的變變化3、屈服區(qū)、、塑性區(qū)分析析屈服區(qū)分布型型式屈服區(qū)的深度度。屈服破壞的類類型，與應(yīng)力力的關(guān)系屈服范圍的面面積或體積量量值屈服區(qū)隨開挖挖或建造等施施工過程的發(fā)發(fā)展從能量角度分分析屈服區(qū)4、錨桿、錨錨索應(yīng)力分析析錨桿應(yīng)力沿洞洞周分布型式式錨桿應(yīng)力占屈屈服極限和強(qiáng)強(qiáng)度極限的比比例。有無受壓的錨錨桿最大拉應(yīng)力錨錨桿出現(xiàn)的位位置錨桿應(yīng)力隨開開挖或建造等等施工過程的的發(fā)展增加錨桿后對(duì)對(duì)位移的影響響增加錨桿后對(duì)對(duì)應(yīng)力分布的的影響增加錨桿后對(duì)對(duì)屈服區(qū)大小小的影響5.5FLAC程序簡介FLAC(FastLagrangianAnalysisofContinua)連續(xù)介質(zhì)快速速拉格朗日分分析法（1986）FLAC3D(FastLagrangianAnalysisofContinuain3Dimensions)三維連續(xù)介質(zhì)質(zhì)快速拉格朗朗日分析法（（1993））Itasca咨詢集團(tuán)公司司（美）開發(fā)發(fā)專門求解巖土力學(xué)問題題的大型商用用有限差分程程序FLAC3D是一個(gè)用于工工程力學(xué)計(jì)算算的顯式差分分程序。它是是在二維FLAC程序基礎(chǔ)上建建立的數(shù)值工工具。FLAC3D將FLAC的分析能力擴(kuò)擴(kuò)展到三維問問題，可以模模擬土、巖石石及其它材料料的建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)在材料達(dá)到到屈服極限后后，塑性流動(dòng)動(dòng)下的三維性性狀。材料被被三維網(wǎng)格劃劃分為多面體體單元，這種種網(wǎng)格可以由由用戶根據(jù)被被模擬的實(shí)際際物體的形狀狀進(jìn)行調(diào)整。。每個(gè)單元在在外力或邊界界條件下依據(jù)據(jù)預(yù)先規(guī)定的的線性或非線線性應(yīng)力/應(yīng)應(yīng)變本構(gòu)關(guān)系系產(chǎn)生變形或或破壞。材料料可以屈服或或呈流動(dòng)狀態(tài)態(tài)，網(wǎng)格可以以變形（大應(yīng)應(yīng)變模式下））可以隨其代代表的材料移移動(dòng)。顯式式拉拉格格朗朗日日（（explicitLagrangian）算法法和和單單元元混混合合劃劃分分的的處處理理技技術(shù)術(shù)在在FLAC3D中的的應(yīng)應(yīng)用用確確保保了了塑塑性性破破壞壞和和流流動(dòng)動(dòng)的的模模擬擬更更加加精精確確。。由由于于計(jì)計(jì)算算過過程程中中沒沒有有整整體體剛剛度度矩矩陣陣生生成成，，較較大大規(guī)規(guī)模模的的三三維維計(jì)計(jì)算算也也不不需需要要過過大大的的內(nèi)內(nèi)存存。。這這種種顯顯式式計(jì)計(jì)算算方方法法的的不不利利之之處處（（如如過過短短的的時(shí)時(shí)間間步步長長和和需需考考慮慮阻阻尼尼等等問問題題））是是由由程程序序內(nèi)內(nèi)部部自自動(dòng)動(dòng)設(shè)設(shè)置置步步長長比比例例和和自自動(dòng)動(dòng)設(shè)設(shè)置置阻阻尼尼來來解解決決的的，，而而這這樣樣做做并并不不會(huì)會(huì)使使模模型型失失效效。。FLAC3D為解解決決地地質(zhì)質(zhì)工工程程技技術(shù)術(shù)的的三三維維問問題題提提供供了了一一個(gè)個(gè)理理想想的的分分析析工工具具。。隨著著FLAC3D圖象象功功能能的的建建立立和和分分辨辨率率的的提提高高，，繪繪圖圖著著色色可可以以很很快快完完成成。。無無論論命命令令模模式式或或圖圖象象模模式式下下都都可可立立即即看看到到模模型型的的生生成成。。模模型型可可以以被被移移動(dòng)動(dòng)、、旋旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)和和放放大大。?？煽梢砸栽谠谌S維空空間間中中顯顯示示矢矢量量和和輪輪廓廓，，可可以以在在任任意意方方向向和和位位置置用用平平面面剖剖切切模模型型，，使使得得觀觀察察矢矢量量和和模模型型的的輪輪廓廓更更為為方方便便。。所所有有這這些些顯顯示示都都可可以以直直接接在在黑黑白白或或彩彩色色硬硬拷拷貝貝設(shè)設(shè)備備上上輸輸出出。。有限限差差分分法法與與有有限限單單元元法法共同同點(diǎn)點(diǎn)求解解區(qū)區(qū)域域離離散散化化、、轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化化為為有有限限形形式式代代數(shù)數(shù)方方程程組組不同同點(diǎn)點(diǎn)有限限差差分分法法：：將將單單元元節(jié)節(jié)點(diǎn)點(diǎn)上上的的微微分分方方程程差差分分化化有限限單單元元法法：：微微分分方方程程轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化化為為其其它它形形式式的的數(shù)數(shù)學(xué)學(xué)問問題題快速速拉拉格格朗朗日日差差分分法法優(yōu)優(yōu)點(diǎn)點(diǎn)：：1.混混合合離離散散技技術(shù)術(shù)（（mixeddiscretization））－－模擬擬塑塑性破破壞壞與與塑塑性性流流動(dòng)動(dòng)更更精精確確2.動(dòng)動(dòng)力力學(xué)學(xué)平平衡衡方方程程－－材材料料大大變變形形3.顯顯式式差差分分法法－－不不需需存存儲(chǔ)儲(chǔ)中中間間矩矩陣陣，，機(jī)機(jī)器器性性能能要要求求低低；；大變變形形計(jì)計(jì)算算時(shí)時(shí)速速度度快快快速速拉拉格格朗朗日日差差分分法法缺缺點(diǎn)點(diǎn)：：1.線線性性問問題題較較有有限限單單元元法法慢慢2.計(jì)計(jì)算算時(shí)時(shí)間間受受模模型型參參數(shù)數(shù)影影響響大大FLAC3D基本本算算法法描描述述離散散化化運(yùn)動(dòng)動(dòng)方方程程σij，，j表示應(yīng)應(yīng)力張張量σij在xj方向的的偏導(dǎo)數(shù)，，ρ表示單單位體體積的的質(zhì)量量，bi表示單位質(zhì)質(zhì)量受受到的的體力力，dvi/dt表示物物體速度對(duì)對(duì)時(shí)間間的微微分計(jì)算四四面體體3.應(yīng)應(yīng)變變率與與應(yīng)變變?cè)隽苛縱i，j為質(zhì)點(diǎn)點(diǎn)i的速度度在j方向的的導(dǎo)數(shù)數(shù)，ξij為節(jié)點(diǎn)點(diǎn)應(yīng)變變率，，△εij為單元元節(jié)點(diǎn)點(diǎn)在△△t時(shí)間內(nèi)內(nèi)的應(yīng)應(yīng)變?cè)鲈隽?.本本構(gòu)構(gòu)方程程表示進(jìn)進(jìn)行轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)修修正的的應(yīng)力力率張張量(在大大變形形問題題中修修正單單元質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的的角速速度對(duì)對(duì)網(wǎng)格格變形形的影影響)，Hij表示一一個(gè)應(yīng)應(yīng)力應(yīng)應(yīng)變關(guān)關(guān)系函函數(shù)，，k為考慮慮加載載過程程的參參數(shù)運(yùn)運(yùn)動(dòng)方方程、、幾何何方程程與本本構(gòu)方方程共共15個(gè)，，求解解6個(gè)個(gè)應(yīng)力力σij、6個(gè)應(yīng)變變率ξij及3個(gè)個(gè)速度度vi未知量量5.不不平平衡力力的計(jì)計(jì)算上標(biāo)l表示節(jié)節(jié)點(diǎn)l的變量量；(l)表示面面l的變量量。pjl表示節(jié)節(jié)點(diǎn)j的不平平衡力力，nj(l)表示節(jié)節(jié)點(diǎn)j所對(duì)的的面的的法線線向量量，S（l）表示節(jié)節(jié)點(diǎn)j所對(duì)的的面的的面積積將將包含含該節(jié)節(jié)點(diǎn)的的所有有四面面體單單元的的該節(jié)節(jié)點(diǎn)的的節(jié)點(diǎn)點(diǎn)力求求和，，得到到這一一節(jié)點(diǎn)點(diǎn)總的的不平平衡力力。6.計(jì)計(jì)算算過程程由應(yīng)力及外力利用虛功原理求節(jié)點(diǎn)不平衡力由不平衡力求節(jié)點(diǎn)速率運(yùn)動(dòng)方程對(duì)每個(gè)節(jié)點(diǎn)本構(gòu)方程對(duì)每個(gè)單元由節(jié)點(diǎn)速率求應(yīng)變率由應(yīng)變率求應(yīng)力增量及總應(yīng)力FLAC3D計(jì)算過過程7、FLAC的材料料模型型FLAC2.0版本提提供了了六種種本構(gòu)構(gòu)模型型，它它們是是(1)各向