[发明专利]隧洞开挖支护无网格法分析方法

权利要求书

1.隧洞开挖支护无网格法分析方法，其特征在于：其方法步骤包括：

(1)启动ABQUS的CAE，建立洞室的二维模型；

(2)划分三角单元模型；

(3)输出模型文件Job-1.inp

(4)启动MATLAB，打开MFVM主程序Main_Program.M文件；

(5)读取模型文件Job-1.inp；

(6)生成节点信息；

(7)使用MFVM计算围岩初始地应力；

(8)计算第一开挖步应力场、位移场。

2.根据权利要求1所述的隧洞开挖支护无网格法分析方法，其特征在于：其方法步骤进一步包括：

(9)锚杆支护计算，流变分析；

(10)计算第二开挖步应力场、位移场；

(11)开挖区域增加锚杆支护，流变分析；

(12)以文本格式输出位移、应力计算结果；

(13)启动TECPLOT后处理软件，生成围岩的各分量的等值线图。

3.根据权利要求1所述的隧洞开挖支护无网格法分析方法，其特征在于：步骤(8)进一步的包括开挖边界力换算法和开挖边界应力转换法。

4.根据权利要求3所述的隧洞开挖支护无网格法分析方法，其特征在于：所述开挖边界力换算法的方法为：

位于开挖边界上的节点x_I受到开挖边界上的面力p及其子域内的体积力b的作用，可建立杂交型无网格有限体积法的平衡方程

(∫LsRINΦdΓ)d^=-∫∂ΩexIpdΓ-∫ΩsRIbdΩ---(1)]]>

其中开挖边界上的面力可由MLS拟合得到，即

p(x)=N(x)Φ(x)σ^0---(2)]]>

N(x)为计算点x(这里是高斯点)在开挖边界上的外法线向量，Φ(x)为x的应力形函数矩阵，为各节点的初始应力场。将式(2)代入(1)，得到

(∫LsRINΦdΓ)d^=-(∫∂ΩexINΦdΓ)σ^0-∫ΩsRIbdΩ---(3)]]>

则开挖荷载为

fex=-(∫∂ΩexINΦdΓ)σ^0-∫ΩsRIbdΩ---(4).]]>

5.根据权利要求3所述的隧洞开挖支护无网格法分析方法，其特征在于：所述开挖边界应力转换法的方法为：

对于开挖边界上的节点x_I，位于Ω_ex内的积分子域为其边界位于Ω_ex内的部分为作用在该点上的外载除了面力载荷p(开挖载荷)外，还有体积力b(自重或渗流力等)，由它们共同产生开挖边界上节点内力因此，可建立无网格有限体积形式的平衡方程，

∫LsEINσ~0dΓ=-∫∂ΩexIpdΓ-∫ΩsEIbdΩ---(5)]]>

则开挖载荷为

fexI=∫∂ΩexIpdΓ=-∫LsEINσ~0dΓ-∫ΩsEIbdΩ---(6)]]>

其中N是位于上的高斯点的外法线向量，是高斯积分点的初始应力场，它可以由MLS或者Shepard拟合得到，即

σ~0(x)=Φ(x)σ^---(7)]]>

将上式代入式(6)，得到开挖荷载为

fexI=-(∫LsEINΦdΓ)σ^0-∫ΩsEIbdΩ---(8)]]>

同时，开挖载荷又作用在剩余区域Ω_R的开挖边界上，因此对位于该边界上的节点x_I可建立无网格有限体积法平衡方程

∫LsRINσdΓ=fexI-∫ΩsRIbdΩ---(9)]]>

其中，为x_I的积分子域边界位于Ω_R内的部分。