盾構(gòu)切削及掘進(jìn)的三維動(dòng)態(tài)數(shù)值仿真研究.pdf

1、在城市市區(qū)開辟地下空間尤其是進(jìn)行地鐵隧道工程建設(shè)時(shí),盾構(gòu)機(jī)以其先進(jìn)性安全性等特點(diǎn)已成為掘進(jìn)施工的首選,但其施工過程復(fù)雜而且影響因素眾多,因此還存在大量值得深入研究的問題.本文基于高性能計(jì)算技術(shù)以及模型試驗(yàn)和實(shí)際工程需要,緊抓盾構(gòu)技術(shù)發(fā)展重點(diǎn)之--一系統(tǒng)仿真、并側(cè)重于復(fù)雜的盾構(gòu)機(jī)刀盤系統(tǒng)切削以及盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)施工作業(yè)過程這兩個(gè)方面,有針對(duì)性地對(duì)其進(jìn)行了深入的三維動(dòng)態(tài)并行數(shù)值仿真研究.針對(duì)刀盤單個(gè)刀齒切削土體時(shí)的仿真,分別采用網(wǎng)格自適應(yīng)劃分、光

2、順質(zhì)點(diǎn)流體動(dòng)力算法和任意拉格朗日一歐拉列式、并結(jié)合能較好反映土體動(dòng)力特性的:FHWA材料模型,解決了土體大變形和數(shù)值計(jì)算困難問題,分析和指出了三種方法在消除網(wǎng)格畸變與模擬多種土屑形態(tài)時(shí)的各自特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)；繼而進(jìn)一步將任意拉格朗日一歐拉方法應(yīng)用于土箱試驗(yàn)盾構(gòu)整體刀盤切削仿真中,并取得了與試驗(yàn)相當(dāng)貼近的結(jié)果. 針對(duì)土箱中盾構(gòu)模型試驗(yàn),除了上述盾構(gòu)刀盤掘削仿真動(dòng)力學(xué)分析外又進(jìn)行了更為深入的盾構(gòu)掘進(jìn)動(dòng)態(tài)仿真,以提前把握土箱盾構(gòu)試驗(yàn)結(jié)果從而

3、對(duì)相關(guān)試驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行調(diào)整；提出了更為全面和合理的大規(guī)模盾構(gòu)隧道施工全三維非線性仿真模型,充分考慮了盾構(gòu)機(jī)、襯砌和土體等多個(gè)分析對(duì)象和初應(yīng)力場(chǎng)、連續(xù)推進(jìn)、刀盤超挖等多個(gè)影響因素,其正確性則通過仿真和試驗(yàn)二者結(jié)果的對(duì)比得到了驗(yàn)證.針對(duì)盾構(gòu)刀盤切削三維仿真問題,利用仿真軟件的開放性,制定了傳統(tǒng)遞歸坐標(biāo)對(duì)分、以及根據(jù)仿真模型特點(diǎn)提出的基于耦合均衡坐標(biāo)對(duì)分兩種區(qū)域分解策略,后者通過促進(jìn)負(fù)載均衡從而比前者體現(xiàn)出了更好的并行處理性能；針對(duì)盾構(gòu)隧道施工三