ABAQUS在隧道及地下工程中的應(yīng)用

內(nèi)容概要

本書系統(tǒng)地闡述了地下工程數(shù)值模擬的基本原理和方法，通過一系列的工程實例，詳細地介紹了ABAQUS在隧道及地下工程設(shè)計及施工中的應(yīng)用，較充分地反映了作者及國內(nèi)外最新研究成果。    本書共分為11章，前兩章為入門介紹，主要包括ABAQUS基礎(chǔ)知識、ABAQUS模塊簡介、隧道及地下工程的設(shè)計施工方法；第3～8章介紹了有限元法進行隧道及地下工程設(shè)計和施工過程力學(xué)分析的基本原理，給出了采用ABAQUS軟件進行隧道及地下工程數(shù)值模擬的工程實例，包括隧道施工工法優(yōu)化、盾構(gòu)隧道施工過程模擬、分岔隧道圍巖穩(wěn)定性計算、考慮滲流-應(yīng)力耦合效應(yīng)的隧道穩(wěn)定性分析、隧道支護結(jié)構(gòu)可靠性評價及深部巖體圍巖穩(wěn)定性分析；為了幫助二次開發(fā)，后面3章介紹了ABAQUS軟件二次開發(fā)的基本原理及使用方法，詳細地介紹了如何使用用戶子程序，包括常用用戶子程序、用戶子程序UMAT接口原理、用戶材料子程序UMAT二次開發(fā)、巖土參數(shù)敏感性分析及巖土工程反演模型的數(shù)值實現(xiàn)。    本書主要立足于實際工程應(yīng)用，將ABAQUS相關(guān)模擬功能和隧道及地下工程中的具體研究對象結(jié)合起來，背景性較強，屬于ABAQUS軟件分析的高級篇。    本書體系合理、內(nèi)容豐富全面，深入淺出，實用性強，可供土木工程、巖土與隧道工程、地質(zhì)工程、水利工程、石油工程的專業(yè)人員使用，還可作為以上專業(yè)研究生的教學(xué)參考書。

書籍目錄

前言第1章  隧道工程與ABAQUS分析  1.1  隧道的基本概念及工程概述  1.2  隧道的種類及其作用    1.2.1  交通隧道    1.2.2  水工隧道    1.2.3  市政隧道    1.2.4  礦山隧道  1.3  隧道及地下工程的有限元分析  1.4  ABAQUS基礎(chǔ)知識簡介    1.4.1  ABAQUS各模塊簡介    1.4.2  ABAQUS分析過程    1.4.3  ABAQUS／CAE簡介    1.4.4  ABAQUS輸入文件簡介    1.4.5  ABAQUS幫助文檔    1.4.6  ABAQUS模型導(dǎo)入導(dǎo)出功能  1.5  本章小結(jié)第2章  隧道的圍巖分級及其計算模型  2.1  隧道圍巖分級及其應(yīng)用    2.1.1  以巖石強度或巖石的物性指標(biāo)為代表的分級方法    2.1.2  以巖體構(gòu)造、巖性特征為代表的分級方法    2.1.3  與地質(zhì)勘探手段相聯(lián)系的分級方法    2.1.4  以多種因素進行組合的分級方法    2.1.5  以工程對象為代表的分級法    2.1.6  我國現(xiàn)行鐵路隧道圍巖分級  2.2  計算模型    2.2.1  常用的設(shè)計模型    2.2.2  載荷-結(jié)構(gòu)計算模型    2.2.3  地層-結(jié)構(gòu)計算模型    2.2.4  ABAQUS在隧道計算模型中的應(yīng)用  2.3  本章小結(jié)第3章  ABAQUS在隧道中的應(yīng)用——施工工法優(yōu)化  3.1  概述  3.2  新奧法    3.2.1  隧道施工應(yīng)遵循的基本原則    3.2.2  新奧法的分類及施工工序    3.2.3  開挖方法  3.3  ABAQUS的數(shù)值模擬方法  3.4  隧道施工工法優(yōu)化研究    3.4.1  V級圍巖    3.4.2  Ⅳ級圍巖    3.4.3  Ⅲ級圍巖    3.4.4  Ⅱ級圍巖  3.5  本章小結(jié)第4章  隧道盾構(gòu)施工方法及其應(yīng)用  4.1  盾構(gòu)施工方法簡介  4.2  盾構(gòu)隧道施工過程的有限元模擬方法    4.2.1  盾構(gòu)法隧道的施工過程    4.2.2  盾構(gòu)隧道施工過程的模擬方法  4.3  反映施工質(zhì)量的等代層模型  4.4  盾構(gòu)法施工的非線性有限元模型    4.4.1  材料性態(tài)的模擬    4.4.2  有限元控制方程  4.5  工程概述及有限元模型的建立    4.5.1  工程概況    4.5.2  計算參數(shù)    4.5.3  初始條件和邊界條件的定義  4.6  施工過程描述  4.7  計算結(jié)果分析    4.7.1  掘進過程中圍巖穩(wěn)定性分析    4.7.2  不同施工質(zhì)量下圍巖穩(wěn)定性分析  4.8  本章小結(jié)第5章  分岔隧道穩(wěn)定性分析  5.1  分岔式隧道簡介  5.2  ABAQUS的模擬方法    5.2.1  地應(yīng)力平衡    5.2.2  噴錨支護    5.2.3  多步驟開挖  5.3  大拱段穩(wěn)定性計算    5.3.1  大拱段平面計算    5.3.2  大拱段三維計算    5.3.3  大拱段結(jié)果分析  5.4  連拱段    5.4.1  連拱段平面計算    5.4.2  連拱段三維計算    5.4.3  連拱段小結(jié)  5.5  小間距拱段    5.5.1  小間距拱段平面計算    5.5.2  小間距拱段三維計算    5.5.3  小間距段小結(jié)  5.6  本章小結(jié)第6章  地下工程滲流場和應(yīng)力場耦合分析  6.1  巖土介質(zhì)滲流-應(yīng)力耦合理論    6.1.1  滲流-應(yīng)力相互耦合的力學(xué)機理    6.1.2  多孔介質(zhì)中流體滲流規(guī)律    6.1.3  孔隙介質(zhì)的有效應(yīng)力原理    6.1.4  應(yīng)力平衡方程和滲流連續(xù)方程    6.1.5  有限元離散  6.2  巖土介質(zhì)滲透性演化模型    6.2.1  滲透系數(shù)與孔隙度的關(guān)系    6.2.2  滲透系數(shù)與應(yīng)力之間的關(guān)系    6.2.3  滲透系數(shù)與應(yīng)變之間的關(guān)系    6.2.4  滲透系數(shù)與損傷之間的關(guān)系  6.3  AABAQUS滲流-應(yīng)力耦合相關(guān)命令介紹    6.3.1  ABAQUS滲流和變形的耦合分析    6.3.2  相關(guān)命令介紹  6.4  低滲透介質(zhì)非排水卸載數(shù)值仿真分析    6.4.1  模型描述    6.4.2  總應(yīng)力分析法    6.4.3  有效應(yīng)力分析法  6.5  地下洞室開挖過程模擬    6.5.1  模型描述    6.5.2  施工過程描述    6.5.3  計算結(jié)果分析  6.6  油氣儲層注采過程模擬    6.6.1  模型描述    6.6.2  計算過程描述    6.6.3  計算結(jié)果分析  6.7  隧道圍巖開挖擾動區(qū)數(shù)值模擬    6.7.1  巖體滲透系數(shù)與塑性損傷之間的關(guān)系    6.7.2  模型描述    6.7.3  計算結(jié)果分析  6.8  本章小結(jié)第7章  隧道支護結(jié)構(gòu)可靠性研究  7.1  結(jié)構(gòu)可靠性基本原理  7.2  可靠指標(biāo)的計算方法    7.2.1  哈-林(H-L)法    7.2.2  非正態(tài)變量的等效正態(tài)化(JC法)及修正JC法    7.2.3  分位值法    7.2.4  蒙特卡羅法(Monte-Carlo method)    7.2.5  響應(yīng)面法    7.2.6  程序的編制  7.3  AABAQUS可靠性分析  7.4  公路隧道襯砌結(jié)構(gòu)可靠性計算.    7.4.1  Ⅴ級圍巖    7.4.2  Ⅳ級圍巖    7.4.3  Ⅲ級圍巖  7.5  本章小結(jié)第8章  深部巖體工程分析  8.1  深部巖體工程簡介  8.2  AABAQUS數(shù)值模擬功能    8.2.1  損傷    8.2.2  非線性蠕變巖體本構(gòu)關(guān)系    8.2.3  考慮滲流的巖體本構(gòu)關(guān)系  8.3  儲氣庫的計算分析    8.3.1  流變本構(gòu)模型    8.3.2  儲氣庫的長期穩(wěn)定性分析  8.4  深埋引水隧洞的穩(wěn)定性分析    8.4.1  裂隙巖體應(yīng)力滲流耦合本構(gòu)模型    8.4.2  錦屏二級引水隧洞穩(wěn)定性分析  8.5  本章小結(jié)第9章  ABAQUS二次開發(fā)基礎(chǔ)  9.1  ABAQUS二次開發(fā)概述  9.2  ABAQUS用戶子程序接口  9.3  ABAQUS用戶子程序    9.3.1  用戶子程序分類    9.3.2  常用用戶子程序簡介  9.4  應(yīng)用舉例    9.4.1  初始地應(yīng)力場的定義    9.4.2  圍巖蠕變分析  9.5  本章小結(jié)第10章  ABAQUS用戶材料子程序二次開發(fā)及應(yīng)用  10.1  ABAQUS材料模型庫和單元庫簡介    10.1.1  ABAQUS材料庫    10.1.2  ABAQUS單元庫  10.2  用戶子程序UMAT接口原理  10.3  本構(gòu)積分算法  10.4  ABAQUS對于材料非線性問題的處理  10.5  IdMAT材料子程序?qū)崿F(xiàn)及應(yīng)用    10.5.1  修正Mohr-Coulomb模型    10.5.2  屈服函數(shù)和勢函數(shù)的求導(dǎo)    10.5.3  UMAT的FORTRAN程序  10.6  D—P模型與M-C模型參數(shù)之間的關(guān)系  10.7  算例分析    10.7.1  模型描述    10.7.2  常規(guī)三軸壓縮試驗    10.7.3  拉伸試驗  10.8  本章小結(jié)第11章  巖土工程反演理論及其在ABAQUS中的實現(xiàn)  11.1  巖土工程反分析方法簡介    11.1.1  反分析的概念與原理    11.1.2  反分析的發(fā)展現(xiàn)狀  11.2  巖土介質(zhì)參數(shù)敏感性分析方法    11.2.1  巖土力學(xué)參數(shù)反演中的靈敏度理論    11.2.2  基于灰色關(guān)聯(lián)法的巖土參數(shù)識別及靈敏度計算    11.2.3  基于非參數(shù)統(tǒng)計的參數(shù)敏感性分析法  11.3  巖土工程常用反演模型    11.3.1  地應(yīng)力場反演模型    11.3.2  位移反演模型    11.3.3  滲流場反演模型  11.4  工程優(yōu)化算法介紹    11.4.1  回歸分析方法    11.4.2  正交設(shè)計方法    11.4.3  遺傳算法  11.5  考慮滲流—應(yīng)力耦合效應(yīng)的巖土參數(shù)敏感性分析    11.5.1  工程概況    11.5.2  有限元模型    11.5.3  計算參數(shù)    11.5.4  計算條件    11.5.5  計算結(jié)果分析  11.6  基于遺傳算法的巖土力學(xué)參數(shù)反演分析    11.6.1  工程概況    11.6.2  反演方法的實現(xiàn)    11.6.3  反演分析條件    11.6.4  反演結(jié)果分析  11.7  構(gòu)造應(yīng)力場反演算例驗證    11.7.1  模型描述    11.7.2  反演條件    11.7.3  反演結(jié)果分析  11.8  本章小結(jié)附錄A  地下工程常用指令小結(jié)附錄B  ABAQUS的相關(guān)約定附錄C  ABAQUS中對應(yīng)力應(yīng)變的部分理解參考文獻

章節(jié)摘錄

　　隧道的修建在改善公路技術(shù)狀態(tài)，縮短運行距離，提高運輸能力，以及減少事故等方面起到了重要的作用。　　3.水底隧道　　當(dāng)交通線路需要跨越江、河、湖、海、洋時，一般可以選擇的方案有架橋、輪渡和隧道?！　『拥劳ê叫枰^高的凈空，而橋梁受兩端引線高程的限制，一時無法抬起必要的高度時，采用水底隧道?！　∷姿淼婪桨傅膬?yōu)點是不受氣候影響，不影響通航，引道占地少，戰(zhàn)時不暴露交通設(shè)施目標(biāo)等，越來越受到人們的青睞?！　?.地下鐵道地下鐵道是解決大城市中交通擁擠、車輛堵塞問題，而能大量快速運送乘客的一種城市交通設(shè)施?！　〉叵妈F道可以使很大一部分地面客流轉(zhuǎn)入地下而不占用地面面積。它沒有平面交叉，而各走上下行線，因而可以高速行車，且可縮短車次間隔時間，節(jié)省了乘車時間，便利了乘客的活動。在戰(zhàn)時，還可以起到人防的功能?！　?.航運隧道　　當(dāng)運河需要越過分水嶺時，克服高程障礙成為十分困難的問題。如果修建航運隧道，把分水嶺兩邊的河道溝通起來，既可以縮短船只航程，又可以省掉船閘的費用，迅速而順直地駛過，航運條件就大為改善了?！　?.人行地道為了提高交通運送能力及減少交通事故，除架設(shè)街心高跨橋以外，也可以修建人行地道來穿越街道或跨越鐵路、高速公路等。這樣可以緩解地面交通互相交叉的繁忙景象，少占用地面空間，同時也大大減少了交通事故。

編輯推薦

　　本書共分為11章，系統(tǒng)闡述了地下工程數(shù)值模擬的基本原理和方法，通過一系列的工程實例，詳細地介紹了ABAQUS在隧道及地下工程設(shè)計及施工中的應(yīng)用，較充分地反映了作者及國內(nèi)外最新研究成果。本書主要針對ABAQUS在具體工程的數(shù)值實現(xiàn)，可學(xué)性非常強，有較大的實用價值。本書主要面向ABAQUS的中高級用戶。

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