巖土和地下工程數(shù)值模擬與 fepg

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1、北京飛箭軟件有限公司巖土和地下工程數(shù)值模擬與FEPG一、巖土和地下工程的復(fù)雜性與FEPG優(yōu)勢(shì)巖土介質(zhì)的力學(xué)性質(zhì)非常復(fù)雜，影響其應(yīng)力和變形的因素很多，例如巖土的結(jié)構(gòu)、孔隙、密度、應(yīng)力歷史、荷載特征、孔隙水及時(shí)間效應(yīng)等等，這種復(fù)雜性決定了技術(shù)人員在計(jì)算有關(guān)巖土問(wèn)題時(shí)往往需要做一些針對(duì)具體問(wèn)題的創(chuàng)新性研究或改進(jìn)。FEPG的高度開放性和廣泛適應(yīng)性非常適合于此類問(wèn)題的計(jì)算。它可以根據(jù)用戶需求，用極短的時(shí)間來(lái)解決問(wèn)題（例如增加一種新的單元類型，或是增加新的材料本構(gòu)模型等等），可以方便地人為控制或修改有限元計(jì)算過(guò)程中的任何一個(gè)細(xì)節(jié)或參數(shù)。而使計(jì)算不再是一個(gè)黑匣子，保證計(jì)算分析正確合理，達(dá)到預(yù)測(cè)并且

2、指導(dǎo)設(shè)計(jì)施工的目的。二、應(yīng)用FEPG模擬大型地下洞室群開挖過(guò)程在貴州省索風(fēng)營(yíng)水電站地下廠房圍巖穩(wěn)定性彈塑性三維有限元分析中，計(jì)算中考慮了：?原始地應(yīng)力場(chǎng)?滲流場(chǎng)?復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造（地層、斷層、軟弱結(jié)構(gòu)面）?巖層層狀模型?縱橫交錯(cuò)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(guò)程和施工方法?分層分部位開挖建造?噴混凝土襯砌和錨桿、錨索、預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)?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(yōu)化網(wǎng)格剖分以及計(jì)算量、計(jì)算復(fù)雜程度都是現(xiàn)有軟件無(wú)法實(shí)現(xiàn)的，用FEPG系統(tǒng)則能很快捷方便地實(shí)現(xiàn)上述仿真計(jì)算。?應(yīng)用組合網(wǎng)格法生成計(jì)算程序，避免了

3、復(fù)雜的地下結(jié)構(gòu)體與地質(zhì)構(gòu)造體的交叉造型帶來(lái)的困難，使得計(jì)算以及造型工作變得很靈活容易?用死活單元模擬開挖與建造的過(guò)程?任意使用合理的材料模型（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(zhǔn)則（Mises、Mohr－Coulomb、Drucker－Prager、Zienkiewicz－Pande、廣義雙剪等常用函數(shù)，可在不同的應(yīng)力狀態(tài)下選用不同的屈服準(zhǔn)則或幾種準(zhǔn)則的聯(lián)合使用，可以隨時(shí)方便地添加其它的屈服函數(shù)）?先進(jìn)的算法程序使得計(jì)算具有較高的效率和較好的精度?為方便圍巖穩(wěn)定性分析評(píng)價(jià)，可計(jì)算輸出任意的評(píng)價(jià)指標(biāo)?功能強(qiáng)大的前后處理FEPG.G

4、ID為快速便捷造型和豐富直觀的結(jié)果顯示提供了有力的保障用FEPG系統(tǒng)自動(dòng)生成并編制了三維的彈塑性計(jì)算程序，囊括了上述所有的功能，進(jìn)行了計(jì)算分析。計(jì)算范圍、地層河床及廠房區(qū)位置圖地下廠房結(jié)構(gòu)及局部地形地質(zhì)展示圖洞室群結(jié)構(gòu)三維有限元網(wǎng)格圖軟弱結(jié)構(gòu)面fj2、fj5、fj4部分網(wǎng)格圖在處理滲流自由面方面，我們利用FEPG自動(dòng)生成并編制了三維的滲流場(chǎng)計(jì)算程序，對(duì)施工期滲流場(chǎng)進(jìn)行了初步分析，首次提出計(jì)算滲流場(chǎng)自由面的死（活）結(jié)點(diǎn)法，該方法實(shí)踐證明計(jì)算簡(jiǎn)單、效率較高。并用來(lái)計(jì)算了正常蓄水位下的壩區(qū)穩(wěn)定滲流場(chǎng)，考慮了地下水向巖溶管道滲漏的情況，得到較為良好的結(jié)果?？臻g等水頭面單位：m巖溶管道橫剖面等

5、水頭線單位：m對(duì)于巖石的層理發(fā)育，我們利用FEPG自動(dòng)生成了可模擬洞室群開挖、建造與支護(hù)施工過(guò)程的大型三維橫觀各向同性彈塑性有限元計(jì)算程序，應(yīng)用于索風(fēng)營(yíng)地下廠房洞室群開挖支護(hù)過(guò)程的穩(wěn)定性彈塑性分析。開挖結(jié)束襯砌變形示意圖開挖結(jié)束廠房變形示意圖開挖結(jié)束廠房位移云紋圖單位：m開挖結(jié)束廠房圍巖屈服圖三、FEPG在巖土和地下工程行業(yè)中的應(yīng)用展望隨著時(shí)代的發(fā)展，人們從地下開拓生存和發(fā)展空間的需求迅速增長(zhǎng)，面臨的問(wèn)題也越來(lái)越復(fù)雜，需要考慮的因素也越來(lái)越多。開辟的地下空間規(guī)模、環(huán)境、安全等方面的綜合因素決定了，對(duì)地下工程的模擬逐漸要過(guò)度到多場(chǎng)耦合、大規(guī)模的層次上。在當(dāng)前地下工程飛速發(fā)展的形式下，有

6、效利用數(shù)值計(jì)算，結(jié)合數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)為地下空間開發(fā)的方案選取、施工技術(shù)設(shè)計(jì)、綜合性能評(píng)價(jià)具有廣闊的發(fā)展空間。并行計(jì)算有限元程序自動(dòng)生成系統(tǒng)(PFEPG)為地下工程開發(fā)中的大規(guī)模、多場(chǎng)耦合模擬提供了軟件支持。東北大學(xué)巖石破裂與失穩(wěn)研究中心與飛箭軟件合作，利用PFEPG，生成基于了并行計(jì)算環(huán)境的巖石破裂過(guò)程計(jì)算分析程序。70萬(wàn)單元x方向位移云圖70萬(wàn)單元最小主應(yīng)力云圖