3D Finite Element Berechnungen im Tunnelbau 3D finite element calculations in tunnelling

Größe: px

Ab Seite anzeigen:

Download "3D Finite Element Berechnungen im Tunnelbau 3D finite element calculations in tunnelling"

Harry Bader
vor 7 Jahren
Abrufe

1 3D Finite Element Berechnungen im Tunnelbau 3D finite element calculations in tunnelling C. Bliem University of Innsbruck, Institute of Geotechnics and Tunnelling Homepage:

2 1 Einfuhrung 1 Introduction 1.1 Ziel der Arbeit 1 Aim of the work 1.2 Mechanik des Tunnelbaus 2 Mechanics of tunnelling Ausgangszustand 3 Initial situation Ausbruchsquerschnitt und Vortriebsart 4 Excavation cross section and type (kind) of excavation 1.3 Stand der Berechnungstechnik 7 State of the computation (technology) art Materialverhalten 9 Material behavior Berechnungsmodelle 11 Computation models Ebene FE-Berechnungsmodelle in einem Tunnelquerschnitt 12 Rotationssymmetrische FE-Berechnungsmodelle im Tunnellangsschnitt 15 Dreidimensionale FE-Berechnungsmodelle 15 2 Modellierung des Kontinuums 25 Modelling of the continuum 2.1 Spannungs-und DeformationsgroBen 25 Stress - and deformation quantities 2.2 Vorzeichendefinition 26 Sign definition 2.3 Gleichgewichtsbedingung fur das Kontinuum 26 Equation of equilibrium for the continuum 2.4 Randbedingungen und Anfangsbedingungen 27 Boundary conditions and initial conditions v

3 vi Inhaltsverzeichnis 2.5 Stoffgesetz fur den Spritzbeton 28 Material law for the sprayed concrete Lineare Elastizitat mit zeitabhangigem Elastizitatsmodul.. 29 Linear elasticity with time dependent Young's modulus 2.6 Stoffgesetz fur den Boden 30 Material law for the soil Lineare Elastizitat 32 Linear elasticity Elasto-Plastizitat mit FlieBbedingung nach MOHR-COULOMB 34 Elasto plasticity with flow condition after MOHR-COULOMB Hypoplastizitat 39 Hypoplasticity Formulierung des hypoplastischen Stoffgesetzes 39 Kalibrierung 42 3 Numerische Losungsmethode 47 Numerical solution method 3.1 Die schwache Form der Gleichgewichtsbedingungen 48 The weak form of the equations of equilibrium 3.2 Raumliche Diskretisierung 49 Spatial discretisation 3.3 Zeitliche Diskretisierung 51 Time discretisation Sub-stepping 52 Sub-stepping Euler vorwarts Zeitintegration 55 Euler forward time integration 3.4 Losung des nichtlinearen Gleichungssystems 55 Solution of the nonlinear set of equations 4 Berechnungsbeispiel Tunnel Melk 62 Sample calculation tunnel Melk 4.1 Projektbeschreibung 62 Description of the project Allgemeines 62 General information

4 vii Geometrie 64 Geometry 4.2 Berechnungsmodell 69 Computation model 4.3 Modellierung des Bodens 76 Modelling of the soil Allgemeine Stoffparameter 76 General material parameters Stoffparameter fur lineare Elastizitat 81 Material parameters for linear elasticity Stoffparameter fur Elastoplastizitat 83 Material parameters for plastic material Stoffparameter fur Hypoplastizitat 86 Material parameters for hypoplasticity Laborversuche und numerische Berechnung 96 Lab tests and numerical computation Odometrischen Kompressionsversuch 97 Triaxialer compression test Modellierung des Ausbauwiderstandes 101 Modelling of the support pressure Spritzbeton 102 Sprayed concrete Anker 103 Anchors Ausbaubogen 104 Steel ribs 4.5 Berechnungsergebnisse 105 Computation results Netzabhangigkeit des numerischen Modells 105 Mesh-dependence of the numerical model Vergleich der Berechnungsergebnisse mit Messungen... Ill Comparison of the computation results with measurements Kalottenvortrieb Strossenvortrieb 116 Ill

5 viii Inhaltsverzeichnis Untersuchung von Spannungspfaden im Boden wahrend des Kalottenvortriebs 120 Investigation of stress paths in the soil during the top heading Bedeutung der zeitlichen Verfestigung des Spritzbetons Meaning of the time hardening of the sprayed concrete Bedeutung der Vortriebsgeschwindigkeit 136 Significance of the excavation velocity Bedeutung der Abschlagslange 139 Significance of the rate of advance Bedeutung des Sohlschlusses 141 Significance of the ring closure Bedeutung der KalottenfuBverbreiterung 143 Significance of the crown base widening Vergleich Kalottenvortrieb-Vollausbruch 145 Comparison top heading -fullface advance Bedeutung der Anker 148 Significance of the anchors Bedeutung der Ausbaubogen 150 Significance of the steel ribs Prognose von Vortriebsfestlegungen 152 Prediction of excavation parameters 5 Berechnungsergebnisse zum Kennlinienverfahren 156 Computation results related to the characteristic procedure 5.1 Einfaches mechanisches Modell der Gebirgskennlinie 156 Simple mechanical model of the ground reaction line Elastisches Gebirge 157 Elastic ground Rein kohasives Gebirge 158 Purely cohesive ground Totale Entfestigung des plastischen Bereiches 160 Total softening of the plastic range Teilentfestigung im plastischen Bereich 162 Partial softening within the plastic range Totale Entfestigung des gesamten Gebirges 163 Total softening of the entire ground

6 ix Wirkung des Ausbaus 164 Effect of the support 5.2 Ebene FE-Berechnungen mit hydrostatischer Primarspannung Plane strain FE computations with hydrostatic primary stress Entfestigung des gesamten Gebirges 170 Softening of the entire ground Teilentfestigung im plastischen Bereich 173 Partial softening within the plastic range 5.3 Ebene FE-Berechnungen mit geostatischer Primarspannung 175 Plane strain FE computations with geostatic primary stress 5.4 3D-FE-Berechnungen mit hydrostatischer Primarspannung 179 3D-FE-computation with hydrostatic primary stress 6 Zusammenfassung 183 Summary Literaturverzeichnis 184 Bibliography A Eigene Programmteile 189 Own program sections A. 1 Programm zur Beriicksichtigung der Spritzbetonerhartung 189 Program for the consideration of the sprayed concrete hardening A.2 Programm zur Erstellung des dreidimensionalen FE-Modelles Program for the preparation of the three-dimensional FE model A.3 Programm zur Beriicksichtigung einer Entfestigung 208 Program for the consideration of a softening B Berechnungsunterlagen 210 Computation documents B.I Elementtest fur die Volumenelemente 210 Element test for the volume elements B.2 Elementgruppen im dreidimensionalen FE-Modell 212 Groups of elements in the three-dimensional FE model

7 B.3 Eingabedatei fur dreidimensionales FE-Modell 215 Inputfilefor the three-dimensional FE model

Ähnliche Dokumente

Qun Wang (Autor) Coupled Hydro-Mechanical Analysis of the Geological Barrier Integrity Associated with CO2 Storage

Qun Wang (Autor) Coupled Hydro-Mechanical Analysis of the Geological Barrier Integrity Associated with CO2 Storage https://cuvillier.de/de/shop/publications/7328 Copyright: Cuvillier Verlag, Inhaberin