基于ABAQUS平台的四渡河悬索桥隧道锚固系统数值仿真

摘要

本文以四渡河特大悬索桥的锚碇与锚碇围岩为研究对象，根据四渡河锚碇区的特殊地形地质特性运用三维非线性有限元分析软件ABAQUS进行仿真分析，对四渡河特大悬索桥隧道锚碇区围岩在锚洞开挖、支护、浇筑、正常运营等过程中的反应进行了分析研究。论文介绍了ABAQUS的基本功能及优点、内部模块特性、ABAQUS巨大的材料模型库以及单元模型库。主要研究内容包括基于ABAQUS平台的岩体模型的选取、锚碇区初始地应力场建立及新奥法施工过程模拟等关键性问题。四渡河隧道锚数值分析选用基于Rankine准则的Drucker-Prager模型，本文对这两种屈服准则的塑性增量公式进行了推导，求出Rankine屈服函数及Drucker-Prager屈服函数对应力的一阶二阶偏导表达式，并给出两种准则的结合方法。四渡河隧道锚碇区的初始地应力场是仅存在自重应力的应力场，本文根据岩体力学有关自重应力场的基本原理采用简单的ABAQUS数值分析计算方法获得了初始地应力场的先期数据，随后提出初始地应力场有限元计算结果的ABAQUS程序输入方法。研究“地应力自动释放法”模拟公路隧道及隧道锚洞的分级开挖过程的方法，对开挖的ABAQUS实现过程进行研究，分析用设定虚拟参数方法模拟隧道锚隧洞周边接触软弱层产生过程的可行性及其注意事项，同时研究新奥法台阶法施工的整个过程的ABAQUS实现方法。本文对四渡河悬索桥隧道锚固系统进行安全度评估。为设计与施工提供决策依据。