T-Section隧道模型(CylinderTSectionWithWall)---应力松弛法计算

1 引言

在《创建弯曲隧道的衬砌模型(Liner Model for Curved Tunnel)》中仅创建了衬砌的网格模型，还没有建立衬砌内外的材料网格模型，建模工作还没有完成。FLAC3D内置的"Building Blocks"模型也能模拟衬砌，这些模型本质上是把一系列命令封装在一起，其中一种在公路隧道广泛应用的模型是T-Section。这个笔记回顾了T-Section模型的使用。

2 模型

T-Section(CylinderTSectionWithWall)模型的建立在《FLAC3D与Python的集成 (3)---网格划分Building Blocks》中有完整详细的操作过程，包括使用Python运行完整模型的过程，在此不再赘述。

这个模型的材料包括三部分：Rock, Space, Wall, 其中Rock代表原岩材料，Wall可以代表衬砌或另一种材料(在输入block时可以改变尺寸)，Space代表开挖区域。 

相对应的代码如下:

building-blocks set create "mwu"building-blocks block import from-file "CylinderTSectionWithWall.bset"zone generate from-building-blockszone face skin

3 计算

计算过程如前文所述，首先在自重应力下进行平衡计算：

zone initialize-stress

然后使用下面的命令进行开挖计算，

zone relax excavate range group "Space"

这个命令可逐渐减小开挖范围内单元的应力，刚度和密度，直到它们对模型产生影响。"zone cmodel null"命令或"zone cmodel delete"命令是一种瞬时开挖单元的做法，假定开挖区域瞬时完成。为了模拟真实的施工过程，FLAC3D引入了隧道工程中“应力松弛法”的概念。由于FLAC3D计算使用动力学原理(F=ma)来达到静态收敛，因此对模型的突然更改可能会产生准惯性(quasi-inertial)效应，人为地夸大了该单元的破坏。缓解这种情况的一种方法是渐进挖掘单元，从而使单元移除的影响不太突然。FLAC3D使用了自动的单元开挖松弛方法，使得开挖周围单元影响的影响随着时间的推移逐渐减少，松弛系数设为1到0。FLAC3D的默认值是使用当前的mechanical force ratio (it.zone.mech_ratio)来伺服控制的。当松弛系数达到0时，单元设置为空本构模型NULL, 然后去掉开挖单元。

4 绘图

主要关心的绘图项有：

(1) 单元位移(zone displacement)

(3) 单元状态 (zone state)