[发明专利]隧洞开挖支护无网格法分析方法

说明书

技术领域

本发明涉及隧洞技术领域,尤其是隧洞开挖支护无网格法分析方法。

背景技术

有限元(FEM)是一种鲁棒而成熟的方法，由于它在处理复杂几何体的各类线性和非线性问题时所表现出的通用性及灵活性，使其在工程领域得到了广泛的应用。目前大多数涉及固体及结构的实际工程问题均可利用商业化的FEM软件包进行求解。

然而，FEM有其数值方法上固有的弱点:

(I)形成FEM网格时的计算成本高；

(II)应力精度低

(III)自适应分析困难。

因此，对于上述问题有必要提出隧洞开挖支护无网格法分析方法。

发明内容

针对上述现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提供隧洞开挖支护无网格法分析方法。

隧洞开挖支护无网格法分析方法，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。

优选地，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。

优选地，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。

优选地，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

其中开挖边界上的面力可由MLS拟合得到，即

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

则开挖荷载为

优选地，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，

则开挖载荷为

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

将上式代入式(6)，得到开挖荷载为

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

其中，为x_I的积分子域边界位于Ω_R内的部分。

由于采用上述技术方案，本发明有益效果：无网格法的近似函数没有网格依赖性，减少了因网格畸变而引起的困难，更易与CAD软件接口，适用于求解大型科学与工程问题，无网格法的自适应性很强，无网格法的前处理只要节点位置信息，不用网格信息，容易分析复杂的三维结构，无网格计算的结果是光滑连续的，不必再进行应力光顺化处理。

附图说明

图1至2是本发明的方法流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

如图1并结合图2所示，隧洞开挖支护无网格法分析方法，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。