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解決方案

巖土和地下工程

編輯:超算網絡信息中心 信息來源:本站原創 發布時間:2010年02月04日 瀏覽

北京超算——巖石與地下工程數值模擬解決方案

一、巖石和地下工程數值模擬的新思路

巖石介質的力學性質非常復雜,影響其應力和變形的因素很多,例如巖石的結構、孔隙、密度、應力歷史、荷載特征、孔隙水及時間效應等等,這種復雜性決定了技術人員在計算有關巖石問題時往往需要花費很多的時間和精力。

北京超算可以采用裝配式巖石與地下工程數值模擬模塊集成策略,為用戶提供針對性解決方案。超算科技提供的方案包括:
• 巖石變形場、滲流場、溫度場、化學反應場的任意耦合;
• 任意使用合理的材料模型組合(各向同性、橫觀各向同性、各向異性、線彈性、彈塑性、粘彈性、粘塑性、彈粘塑性等);
• 任意的屈服準則選擇(Mises、Mohr-Coulomb、Drucker-Prager、Zienkiewicz-Pande、廣義雙剪等常用函數);
• 各種評價指標的選擇,方便圍巖穩定性分析評價。

二、巖石和地下工程數值模擬應用案例

1.圍巖穩定性分析
在地下廠房圍巖穩定性彈塑性三維有限元分析項目,考慮了以下因素:
• 原始地應力場
• 滲流場
• 復雜的地質構造(地層、斷層、軟弱結構面)
• 巖層層狀模型
• 縱橫交錯的地下洞群(主廠房、主變室、母線洞、引水洞、尾水洞、交通洞)
• 施工過程和施工方法
• 死活單元模擬分層分部位開挖建造
• 噴混凝土襯砌和錨桿、錨索、預應力錨索支護
• 巖錨吊車梁施工及吊車荷載施加
• 蝸殼混凝土回填施工
• 多種施工方案的比較與方案的優化

計算范圍、地層河床及廠房區位置圖,巖石與地下工程數值模擬解決方案
計算范圍、地層河床及廠房區位置圖
地下廠房結構及局部地形地質展示圖,巖石與地下工程數值模擬解決方案
地下廠房結構及局部地形地質展示圖

空間等水頭面,巖石與地下工程數值模擬解決方案
空間等水頭面 單位:m
巖溶管道橫剖面等水頭線,巖石與地下工程數值模擬解決方案
巖溶管道橫剖面等水頭線 單位:m

開挖結束襯砌變形示意圖,巖石與地下工程數值模擬解決方案
開挖結束襯砌變形示意圖
開挖結束廠房變形示意圖,巖石與地下工程數值模擬解決方案
開挖結束廠房變形示意圖

2.地面沉降分析

巖土材料具有孔隙結構,在地表建筑物的壓力作用下通常要發生排水固結。采用孔隙介質流固耦合理論可以模擬在建筑物壓力作用下土的固結變形和孔隙水壓力的變化。

地面沉降分析,巖石與地下工程數值模擬解決方案

3.基礎沉降分析

考慮了塔樓-地基-基礎的相互作用,對地基沉降、地基反力、基礎片筏和塔樓梁、柱的變形和內力進行模擬??煽紤]地基正常固結土壓縮指數、天然孔隙比、壓縮模量、平面內不均勻時的有限壓縮模型計算;可考慮地基超固結土壓縮指數、回彈再壓縮指數、天然孔隙比、回彈再壓縮模量平面內不均勻時的有限壓縮模型計算;實現用簡化算法將有限元計算出的變形和反力采用結構力學方法疊加得到筏板基礎的彎矩分布和剪力分布。

基礎沉降分析,巖石與地下工程數值模擬解決方案

4.凍結法施工模擬

凍結法施工時,通過管道散熱,使隧道周圍巖土壁固結,形成凍壁,以防止地下水滲流到隧道里面去,從而達到隧道壁的強化效果??捎嬎隳M滲流、溫度和相變耦合作用的隧道開挖過程中不同散熱條件下凍土壁厚,溫度分布,滲流場變化。

滲流場速度分布,巖石與地下工程數值模擬解決方案

5. 深部工程軟巖大變形力學分析

深部工程軟巖大變形力學分析,巖石與地下工程數值模擬解決方案


6.煤巖材料的失穩破壞及破壞效應

煤巷放炮掘進第20非平衡步中心剖面的損傷破壞分布,巖石與地下工程數值模擬解決方案
煤巷放炮掘進第20非平衡步中心剖面的損傷破壞分布
煤巷放炮掘進第40非平衡步中心剖面的損傷破壞分布,巖石與地下工程數值模擬解決方案
煤巷放炮掘進第40非平衡步中心剖面的損傷破壞分布

三、巖石和地下工程數值模擬解決方案

隨著時代的發展,人們從地下開拓生存和發展空間的需求迅速增長,面臨的問題也越來越復雜,需要考慮的因素也越來越多。開辟的地下空間規模、環境、安全等方面的綜合因素決定了,對地下工程的模擬逐漸要過度到多場耦合、大規模的層次上。在當前地下工程飛速發展的形式下,有效利用數值計算,結合數值模擬和實驗為地下空間開發的方案選取、施工技術設計、綜合性能評價具有廣闊的發展空間。

北京超算提供如下的產品和服務:

1.巖石與地下工程數值模擬模塊嵌入式集成

北京超算可以根據用戶提供巖石各物理場(變形場、滲流場、溫度場、化學反應場)組合、材料模型組合(各向同性、橫觀各向同性、各向異性、線彈性、彈塑性、粘彈性、粘塑性、彈粘塑性等)、屈服準則選擇(Mises、Mohr-Coulomb、Drucker-Prager、Zienkiewicz-Pande、廣義雙剪等常用函數,可在不同的應力狀態下選用不同的屈服準則或幾種準則的聯合使用,可以隨時方便地添加其它的屈服函數)、評價指標的選擇開發專門的計算模擬模塊。

2.巖石與地下工程數值模擬咨詢服務

采用公司已有的巖土和地下工程數值模擬產品和技術,為廣大用戶提供下列的巖石與地下工程數值模擬技術服務:
1)、邊坡穩定性分析
2)、巖土(有壓、無壓)滲流分析
3)、地下工程開挖建造(支護)穩定性分析
4)、污染物(核廢料、垃圾填埋、工業廢渣)傳輸分析
5)、覆巖坍塌分析
6)、地鐵工程施工技術分析(凍結、盾構)
7)、裂隙流模擬
8)、巖石動力學分析
9)、固、液、氣、溫度多場耦合分析
10)、飽和、非飽和土固結分析
11)、水壓致裂分析
12)、裂隙巖體高壓灌漿加固分析
13)、沖擊地壓(巖爆)計算
14)、砂土液化分析
15)、路基凍土(凍融)分析
16)、油田井壁穩定性分析
17)、混凝土施工溫控分析
18)、基礎與結構耦合沉降分析
19)、地熱水運移分析
20)、飽和非飽和多孔介質流分析
21)、鹽湖水入侵分析
22)、支護措施效果分析
(素噴混凝土、掛網噴混凝土、鋼筋混凝土、錨桿、錨索、鋼架、土釘、混凝土硐塞)
23)、基坑施工支護分析
24)、巖體、結構中動力接觸分析
25)、鋼筋混凝土結構分析
26)、軟巖變形分析
27)、斷層、節理等空間結構面分析
28)、化學灌漿加固基礎分析
29)、樁基分析(抗滑樁、抗剪樁、抗拔樁)
30)、巖體、混凝土結構損傷破壞分析
31)、壩基開裂與滲流耦合分析
32)、降雨入滲分析
33)、原位地應力場回歸分析
34)、混凝土重力壩滲流、溫度、應力耦合穩定性分析
35)、巖土參數反演分析

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