(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210729354.4 (22)申请日 2022.06.24 (71)申请人 石家庄铁道大 学 地址 050043 河北省石家庄市北二环东路 17号 (72)发明人 董北毅　高新强　孔超　李万顺　 彭举　樊浩博　朱正国　 (74)专利代理 机构 北京盛凡佳华专利代理事务 所(普通合伙) 11947 专利代理师 程文栋 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06T 17/00(2006.01) G06F 111/10(2020.01) (54)发明名称 一种基于显式动力学的隧道顶进法进洞施 工数值模拟方法 (57)摘要 本发明公开了一种基于显式动力学的隧道 顶进法进洞施工数值模拟方法， 首先， 建立隧道 顶进法进洞施工的ABAQUS有限元模型； 然后， 编 写基于时间和空间的单元删除算法； 最后， 调用 基于时间和空间的单元删除算法进行进洞施工 数值计算； 对计算结果进行分析。 本发明可有效 模拟隧道顶进法进洞施工先顶进再开挖的动态 过程， 解决了使用显示动力学模拟隧道顶进法进 洞施工不能模拟开挖的问题， 可为相关施工技术 模拟提供参 考。 权利要求书1页 说明书4页 附图2页 CN 115130344 A 2022.09.30 CN 115130344 A 1.一种基于显式动力学的隧道顶进法进洞施工数值模拟方法， 其特征在于， 包括以下 步骤： S1， 建立隧道 顶进法进洞施工的ABAQUS有限元模型； S2， 编写基于时间和空间的单 元删除算法； S3， 调用基于时间和空间的单 元删除算法进行进洞施工数值计算； S4， 对计算结果进行分析。 2.根据权利要求1所述的基于显式动力学的隧道顶进法进洞施工数值模拟方法， 其特 征在于， 所述步骤S1中， 建立隧道顶进法进洞施工的ABAQUS有限元模型， 包括部件建立、 属 性赋予、 部件 装配、 分析步设置、 接触设置、 边界条件设置以及网格划分。 3.根据权利要求2所述的基于显式动力学的隧道顶进法进洞施工数值模拟方法， 其特 征在于， 所述部件建立、 属性赋予、 部件装配、 分析步设置、 接触设置、 边界条件设置以及网 格划分， 具体步骤如下： 在部件中建立岩土体与顶管三维几何模型； 赋予岩土体与顶管相应属性； 装配岩土体与顶管并调整到合 适方位； 将分析步设置为显示动力学； 设置顶管与岩土体接触属性 为顶管面与岩土体节点接触或通用接触； 岩土体按半无限空间设置边界， 顶管顶进方向施加速度边界条件、 底部约束竖向位移； 划分岩土体与顶管网格， 并将岩土体网格属性设置为： 当岩土体单元应变达到0.1时， 此单元转化为粒子。 4.根据权利要求3所述的基于显式动力学的隧道顶进法进洞施工数值模拟方法， 其特 征在于， 所述S2， 基于时间和空间的单 元删除算法， 具体包括： 使用FORTRAN语言编 写ABAQUS有限元模型中的VUSD FLD子程序， 当顶管按照预定速度顶 进到指定深度后， 记录此时的计算时间， 当计算时间大于此值时， 判断岩土体单元是否位于 顶管中， 如果岩土体单 元位于顶管中， 则 删除此单元； 如果岩土体单元不在顶管中， 则返回上一步， 继续判断下一个单元是否位于顶管中， 直 至删除位于顶管中的全部单 元， 完成开挖， 从而达 到先顶进顶管， 再开挖土体的目的。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115130344 A 2一种基于显式动力学的隧道顶进法进洞施工数值模拟方 法 技术领域 [0001]本发明涉及隧道进洞顶进法施工技术领域， 特别是涉及 一种基于显式动力学的隧 道顶进法进洞施工数值模拟方法。 背景技术 [0002]随着人们的工程环 保意识逐渐提高。 在隧道进洞工程中， 往往伴随着大刷坡， 极大 的破坏洞口环境。 对于气候适宜地区， 洞口环境可较快恢复， 但对气候恶劣地区， 洞口环境 极难恢复， 如CZ线隧道， 穿越高山深切峡谷， 隧道洞口地形、 地貌复杂， 洞口段存在不稳定堆 积体、 冰碛体、 滑坡体、 落石等。 尽量降低进洞施工对环 境的影响成为一个重要问题。 顶进法 进洞可较好保护环境， 现有的使用显示动力学模拟隧道顶进法进洞施工存在不能模拟开挖 的问题， 如何有效模拟隧道 顶进法进洞施工先顶进再开挖的过程， 成为亟需解决的问题。 发明内容 [0003]本发明的目的是提供一种基于显式动力学的隧道顶进法进洞施工数值模拟 方法， 可有效模拟隧道顶进法进洞施工先顶进再开挖的动态过程， 解决了使用显示动力学模拟隧 道顶进法进洞施工不能模拟开挖的问题， 可为相关施工技 术模拟提供参 考。 [0004]为实现上述目的， 本发明提供了如下 方案： [0005]一种基于 显式动力学的隧道 顶进法进洞施工数值模拟方法， 包括以下步骤： [0006]S1， 建立隧道 顶进法进洞施工的ABAQUS有限元模型； [0007]S2， 编写基于时间和空间的单 元删除算法； [0008]S3， 调用基于时间和空间的单 元删除算法进行进洞施工数值计算； [0009]S4， 对计算结果进行分析。 [0010]进一步的， 所述步骤S1中， 建立隧道顶进 法进洞施工的ABAQUS有限元模型， 包括部 件建立、 属性赋予、 部件 装配、 分析步设置、 接触设置、 边界条件设置、 网格划分。 [0011]进一步的， 所述部件建立、 属性赋予、 部件装配、 分析步设置、 接触设置、 边界条件 设置、 网格划分， 具体步骤如下： [0012]在部件中建立岩土体与顶管三维几何模型； [0013]赋予岩土体与顶管相应属性； [0014]装配岩土体与顶管并调整到合 适方位； [0015]将分析步设置为显示动力学； [0016]设置顶管与岩土体接触属性 为顶管面与岩土体节点接触或通用接触； [0017]岩土体按半无限空间设置边界， 顶管顶进方向施加速度边界条件、 底部约束竖向 位移； [0018]划分岩土体与顶管网格， 并将岩土体网格属性设置为： 当岩土体单元应变达到0.1 时， 此单元转化为粒子。 [0019]进一步的， 所述S2， 基于时间和空间的单 元删除算法， 具体包括：说　明　书 1/4 页 3 CN 115130344 A 3