1.3UDEC算例1.3.1工程概况某隧道位于一包含高角度连续节理岩体内，节理倾角为50度，平均间距为7m,隧道为一半径为9m的圆形隧道。贯穿于开挖面内的一垂直断层，在隧道拱顶形成了一个三角楔形体。本算例使用UDEC的结构单元逻辑来模拟喷射混凝土和锚杆联合支护的圆形隧道开挖问
题
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。1.3.2构建模型隧道埋深451m，为半径9m圆形隧道，本次计算模型左右边界取41m，隧道至上下边界也取41m。总的来说，模型长100m,宽100m。计算模型如图1-1所示。图1-1UDEC计算模型1.3.3计算参数在包含高倾角节理和垂直断层的岩体内进行圆形开挖的UDEC模型岩体、节理和断层参数如下所示：
表
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1-1完整岩石物理力学参数密度Dens（kg/m3）体积模量K(Gpa)剪切模量G(Gpa)25001.50.6表1-2节理、断层物理力学参数法向刚度KN(Gpa/m)切向刚度KS(Gpa/m)抗拉强度jten(Pa)粘聚力c(Pa)摩擦角0(o)2210010010表1-3喷射混凝土物理力学参数密度dens(Kg/m3)弹性模量E/Gpa泊松比v拉伸屈服强度(Mpa)残余屈服强度(Mpa)抗压屈服强度(Mpa)2500210.15214表1-4岩体和喷射混凝土接触面物理力学参数法向刚度KN(Gpa/m)切向刚度KS(Gpa/m)抗拉强度jten(Mpa)粘聚力c(Mpa)摩擦角0(o)111145表1-5锚杆物理力学参数锚杆模量(Gpa)极限抗拉强度(MN)浆液粘结刚度(GN/m/m)浆液黏聚强度(MN/m)1001011作为演示的目的，隧道开挖和支护是瞬时发生的。本算例共两种支护分析被计算：第一，只施加喷射混凝土衬砌；第二，喷射混凝土和锚杆联合提供支护。为了在第二种支护情况分析中可以更清晰的看到锚杆提供的支护，算例采用喷射混凝土的抗压强度被设置成一个很低的值，且厚度仅取为10cm。1.3.4模拟步骤1•建立模型在UDEC中输入以下命令可建立隧道结构模型及边界。如图1-2所示new;刷新UDEC窗口，重新调用一个新程序round0.1;块与块之间的圆角半径，必须小于块体最小边的1/2block-50,-50-50,5050,5050,-50;建立模型框架jset-50,0100,00,07,0;设置节理crack-6-50-650tunnel(0,0)9,16delrangearea0.08genedge10;设置断层;模拟开挖隧道边界;删除面积小于0.08的块体■LJtZICC；4ODUy-ctaO土QOQ■-Rif«i1DCOi.oodA5h」匕a_7JnDo口■3口□□1口DO;自动划分单元，单元最大边长不超过10图1-2初步模型图2.设置单元属性和材料特征在UDEC中输入如下命令设置单元属性和材料特征。propmat1de2500k1.5e9g0.6e9;定义围岩密度、体积模量、剪切模量（软件默认的是线弹性模型，可以通过change命令改变本构关系）propjmat=1jkn2e9jks1e9&;定义节理与断层的法向刚度、切向刚度、摩擦角、黏jfric10jcoh100jtens100聚力以及抗拉强度（默认节理面遵循摩尔库伦准则计算，可以通过change命令设置）3.施加约束及荷载（1）施加约束条件输入如下命令对模型施加约束条件，对围岩左侧和右侧节点，设置约束条件为UX被约束，围岩底部节点，设置约束为UY被约束。如图1-3、4所示。boundstress00-10e6rangeyran4951boundyvel=0rangeyran-51-49boundxvel=0rangexran-51-49;上侧边界施加400m埋深等效荷载;约束下边界;约束左侧边界solverat1e-5;求解solverat1e-5;求解boundxvel=0rangexran4951;约束右侧边界」jLrTlIlPMDEC丄.OOF.___Q_口jB_Mgmm.g_・-0
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不同）；保存计算结果；显示围岩应力；显示Y方向位移；显示
记录
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点拱顶沉降曲线；显示喷射混凝土轴力；显示喷射混凝土弯矩resettimedisphist；重置计算步、位移、历史histydisp0,5；设置拱顶位移监测点deleterangeannulus(0,0)09；开挖内部围岩structgenxc0yc0npoin36mat2thick0.1fang0theta180；在隧道上半部分施加梁单元用以模拟喷射混凝土structchangearea0.2inertia0.025；设置喷射混凝土截面积、惯性矩propmat2st_dens2500st_prat0.15st_ymod21e9；设置喷射混凝土密度、泊松propmat2st_ycomp4e6st_yield2e6st_yresid1e6比、弹性模量、抗压强度、抗拉强度、残余强度propmat2if_kn1e9if_ks1e9if_fric45if_ten1e6if_coh1e6；设置喷射混凝土与围岩接触面参数(2)求解及结果输出求解及结果输出命令如下。step4920savesupp2.savplblstressplydispfillplhist1plblstructaxialfillstructlmagplblstructmomentfillstructlmag-IHFkn图1-7围岩应力TEJ口UOEt*001廿&W■"TifW714«ExU«■£IMO■WOO申CMJU-fadOtls<］曲Nihy—-Q”知电-BOOO■2000tooo*ocoLJE^CC-4CDU胃ub・BQrQ11in〜f>S!fefe*t5aIMil图1-8围岩位移DEK3-ONl?4>eD-O-JSD1OQ•1nCoar»?qq4Qg-IfCM>ftOO图1-9拱顶沉降曲线GOCOOOfcC.：aOCI3CVtlD■口tl口»3Deca化,UU(J-5OOO-立DOOIooo4OOO图1-10喷射混凝土轴力图1-11喷射混凝土弯矩3•求解开挖并施加喷射混凝土衬砌与锚杆联合支护(1)杀死开挖内部围岩，施加喷射混凝土与锚杆支护单元。输入命令如下:restsupp1.sav;读取文件supp1.savresettimedisphist;重置计算步、位移、历史histydisp0,5;设置拱顶位移监测点deleterangeannulus(0,0)09;开挖内部围岩structgenxc0yc0npoin18mat2thick0.1fang0theta180;在隧道上半部分施加梁单元用以模拟喷射混凝土structchangearea0.2inertia0.025;设置喷射混凝土截面积、惯性矩；设置喷射混凝土密度、泊松比、弹性模量、抗压强度、抗propmat2st_dens2500st_prat0.15st_ymod21e9propmat2st_ycomp4e6st_yield2e6st_yresid1e6拉强度、残余强度propmat2if_kn1e9if_ks1e9if_fric45if_ten1e6if_coh1e6；设置喷射混凝土与围岩接触面参数cable1.74258.76555.471928.41482030.0013connect；施加锚杆，并与梁单元连接cable-1.73928.7409-5.746928.33522030.0013connectcable-4.94497.4006-16.076424.01652030.0013connectpropmat3cb_dens7500cb_ymod100e9&cb_yield1e7cb_ycomp1e10propmat3cb_kb1e9cb_sb1e6（2）求解及结果输出求解及结果输出命令如下。计算结果如图；赋予锚杆参数；锚杆注浆浆液参数1-12~1-17所示。step9920savesupp3.savplblstressplydispfillplhist1plblstructaxialfillstructlmagplblstructmomentfillstructlmagplblcableaxialfillcablelmag；求解（与solve命令类似，控制标准不同）；保存计算结果；显示围岩应力；显示Y方向位移；显示记录点拱顶沉降曲线；显示喷射混凝土轴力；显示喷射混凝土弯矩；显示锚杆轴力JvVTrlJy-JvVTrlJy-OHQteI*fXraD□口D口口bk»rH=iOQD>2-D口口1DOC<4OIW图1-12围岩应力图1-13围岩位移图1-14拱顶沉降曲线图1-15喷射混凝土轴力lllMi■CEtaI4»DiT|ii*■CAAC-b-C4MMr*■DEWTOCK3-tODO-3.C»D-ftOflG?AnO严门^J=flT7-3-口［»-SDOO1口DCC^*114OOQJ4bIIU«tJBfeu4M<=^Ci«iCiwitTim*-iBy4>ka-QIMe图1-16喷射混凝土弯矩s口口口1oo口#oooJ：3UU■*WLHU-tDooAUCMJ■5000图1-17锚杆轴力第一种情况，即只有喷射混凝土单独支护的工况，喷射混凝土被安置在隧道上半部，在开挖隧道之前，模型首先达到平衡状态，然后隧道块体被删除，设置衬砌并继续进行计算，隧道拱顶一点竖向位移被记录，图1-9的历史记录不难看出，拱顶位移先是逐渐趋于收敛，但后来突然急剧增大，显示出隧道顶部正在坍塌。在第二种情况，锚杆和喷射混凝土一起被设置在拱顶，且锚杆与衬砌连接，使得二者形成联合支护。计算结果可以看出，顶部楔形体在移动大约0.435m后位移趋于收敛。图1-14显示了拱顶沉降的历史记录。另外，通过对比两种工况的计算结果，我们也不难看出，工况二的围岩应力、喷射混凝土轴力、喷射混凝土弯矩都比工况一小得多，充分体现锚杆提供的支护作用。
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