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专利号: 2021104134217
申请人: 中国地质大学(武汉)
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 计算;推算;计数
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种隧道爆破开挖卸荷的数值模拟方法,其特征在于,包括初始应力求解阶段和开挖卸荷求解阶段;

所述初始应力求解阶段包括以下步骤:S1、获取隧道的形状、尺寸和研究范围内的围岩类别,利用有限元数值模拟软件建立隧道爆破开挖对应的有限元数值模型,并将所述有限元数值模型中隧道待开挖部分设置为独立的部件;

S2、对所述有限元数值模型施加应力边界条件和位移边界条件;

S3、设置所述有限元数值模型中不同类别围岩的弹塑性本构模型和物理力学参数;

S4、设置所述初始应力求解阶段的求解时间,提交求解,得到所述有限元数值模型的初始应力和相应的求解日志文件;

所述开挖卸荷求解阶段包括以下步骤:S5、使用自定义卸荷本构模型替换所述有限元数值模型中隧道待开挖部分的弹塑性本构模型,在所述有限元数值模型的隧道开挖面上施加等效爆破荷载;

S6、修改所述应力边界条件,并对所述有限元数值模型施加非反射边界条件;

S7、使用关键字*STRESS_INITIALIZATION初始化所述有限元数值模型的初始应力;

S8、根据所述求解日志文件修改所述开挖卸荷求解阶段的求解时间,提交重启动求解,得到所述有限元数值模型的开挖卸荷结果。

2.根据权利要求1所述的一种隧道爆破开挖卸荷的数值模拟方法,其特征在于,步骤S1中,所述研究范围是指包含隧道且大于等于隧道直径的三倍的范围。

3.根据权利要求1所述的一种隧道爆破开挖卸荷的数值模拟方法,其特征在于,步骤S2中,所述有限元数值模型的应力边界条件采用准静态荷载曲线加载,所述位移边界条件为对称面上的法向位移约束;

所述准静态荷载曲线的函数为:

式中,p为荷载,σ为地应力,t为加载时间,t1为荷载达到预设值的时间,t2为加载结束时间。

4.根据权利要求1所述的一种隧道爆破开挖卸荷的数值模拟方法,其特征在于,步骤S3中,所述物理力学参数包括:密度、弹性模量、泊松比、塑性硬化模量和屈服强度。

5.根据权利要求1所述的一种隧道爆破开挖卸荷的数值模拟方法,其特征在于,步骤S4中,所述初始应力求解阶段的求解时间限定了初始应力求解的时间范围,并非真实的求解时间,所述真实的求解时间包含在所述求解日志文件中,所述真实的求解时间用于修改所述开挖卸荷求解阶段的求解时间。

6.根据权利要求1所述的一种隧道爆破开挖卸荷的数值模拟方法,其特征在于,步骤S5中,所述自定义卸荷本构模型是在所述弹塑性本构模型上添加了随时间变化的卸荷系数k(t)得来的。

7.根据权利要求1所述的一种隧道爆破开挖卸荷的数值模拟方法,其特征在于,步骤S6中,修改所述应力边界条件具体为:将准静态荷载曲线替换为瞬态的恒载曲线。

8.根据权利要求1所述的一种隧道爆破开挖卸荷的数值模拟方法,其特征在于,所述开挖卸荷求解阶段的求解时间的初始时刻为所述初始应力求解阶段的终止时刻。

9.一种隧道爆破开挖卸荷的数值模拟设备,其特征在于,所述隧道爆破开挖卸荷的数值模拟设备包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的隧道爆破开挖卸荷的数值模拟程序,所述隧道爆破开挖卸荷的数值模拟程序被所述处理器执行时实现如权利要求1至8中任一项所述的隧道爆破开挖卸荷的数值模拟方法的步骤。

10.一种存储介质,其特征在于,所述存储介质上存储有隧道爆破开挖卸荷的数值模拟程序,所述隧道爆破开挖卸荷的数值模拟程序被处理器执行时实现如权利要求1至8中任一项所述的隧道爆破开挖卸荷的数值模拟方法的步骤。