接上一篇：3DEC入门教程实例图文讲解：隧道支护建模(1)

6.属性赋值(Properties)

我们首先定义一组具有密度（2700 kg/m3），杨氏模量（50 GPa）和泊松比（0.2）的块体属性。 以下命令中的值以MPa为单位给出。

; --- MAT 1 : rock ---
; density = 2700 kg/m3 = 0.0027e6 kg/m3
; E=50 GPa = 50e3 MPa , Poisson's ratio=0.2

prop mat 1 dens 0.0027 ymod 50e3 pratio 0.2

然后，我们定义法向刚度（10 GPa），剪切刚度（2 GPa）和摩擦角（25°）的节理材料。

; --- JMAT=1 : rock joints ---
prop jmat 1 jkn 10000 jks 2000 jfric 25

使用 change 命令将这些属性分别分配给块体和节理：

; --- assign material numbers ---
change mat 1
change jmat 1

7.初始应力(In-situ stress)

我们假设隧道处于200 m的深度，因此在z = 0时，z向下方向的原位应力为5.4 MPa。 假设水平应力为垂直应力的一半，则x和y方向的原位应力为2.7 MPa（压缩时）。 坐标系如下，位于隧道中部:

使用 insitu stress 设置初始应力，会有一个随深度变化的应力梯度，该梯度使用zgrad关键字指定。 梯度是在垂直方向上每米应力的变化。 应力随坐标的上升而减小，并且3DEC中的应力压为负。

xx 应力和 yy 应力将从地面 z = 200m 的 0 MPa 变化到 z = 0 m（位于地面以下200m）的 2.7 MPa，而 zz 应力将从地面z = 200m的 0 MPa变化至 z = 0 m（位于地面以下200m）的5.4 MPa。具体计算可参考下面的命令注释：

; --- insitu stress state ---
; assume tunnel at 200 m depth
; vertical stress: szz=ρg(z-200) = (0.0027*g)*(z-200)
;                  at z=200: szz=0 ; z=0: szz=-5.4
;                          z-gradient of szz: 0.027
;                          (positive: less compression going up)
; horizontal sxx=syy=0.5*szz
;
insitu stress -2.7 -2.7 -5.4 0 0 0     &
       zgrad 0.0135 0.0135 0.027 0 0 0 

使用以下命令将重力应用于模型：

; gravity
grav 0 0 -10

与原位应力相关的是边界应力条件。 为了在深度上模拟块体模型，将5.13 MPa的向下垂直应力施加到模型顶部（z = 10）。 施加应力时，通过指定速度为0将块体的侧面和底部固定在适当的位置。

; --- boundary conditions for insitu stress state ---

; top of model (z=10): szz=-0.027*190=-5.13
bound stress 0 0 -5.13  0 0 0 range z 10.0
; bottom
bound zvel 0 range z -10.0
; sides
bound xvel 0 range x -10.0
bound xvel 0 range x  10.0
bound yvel 0 range y -10.0
bound yvel 0 range y  10.0

8.记录监测(Monitoring)

使用以下命令记录检测不平衡力以及x，y和z方向的位移。 默认情况下，每计算10步记录一次。

对于此模型，使用 hist ncycle关键字将每次记录的循环数设置为 1。 历史记录会按照定义顺序自动分配 ID值（即不平衡力= 1，x位移= 2，y位移= 3，z位移= 4）。

; --- histories to monitor convergence ---
hist ncycle 1 unbal
; top of model
hist xdis 0 0 10  ydis 0 0 10  zdis 0 0 10

9.初始平衡(Initial state)

使用 solve 命令运行模型，直到模型达到平衡状态。 平衡状态定义为模型中平均不平衡力与施加力之比小于1e-5 的状态(此比例可以使用Solve ratio命令更改，默认比例为1e-5)。 达到稳定状态后，将其另存为 “tun_c.3dsav”。

solve
save tun_c

执行以上所有的命令。 要查看位移的历史记录，请通过 File → New Item → Plot 创建一个新绘图窗口。 将会出现提示，要求输入名称。 输入“Hist”，然后单击 “OK”。 在控制面板 List 选项卡下，找到 Charts 选项卡，然后双击 History ，将出现一个空白图表。

通过单击下图中的加号可以将记录的变量添加到此绘图中。 默认情况下，横坐标为循环计算的次数，当然这可以自己更改的。

也可以将位移记录绘制出来：

10.无支护开挖(Excavate Unsupported)

第一种情况是模拟无支护开挖隧道。 创建一个名为 “unsupported.3ddat” 的新数据文件（快捷键Ctrl + N）。 使用 restore 命令恢复 tun_c.3dsav 保存的平衡状态。

使用 reset 命令将记录的位移，时间和所有历史记录重置为零。 将历史记录重新设置为每10步记录一次（这将加快计算速度）。

;--- File to simulate usupported excavation ---
restore tun_c.3dsav
reset disp time hist
his ncycle 10

首先使用 hide 命令隐藏所有块体，然后在x，y和z方向上寻找一个较小的范围，可以识别由步骤2中指定的三个节理切割形成的楔形体。 然后，我们将定位的楔形块体分配给名为 “wedge” 的组。

hide
seek range xr -0.3 .46 zr 3.8 4.5 yr -1.0 1.0
group block "wedge"

为了记录楔形体的垂直位移，我们将z位移历史点指定为靠近楔形的顶点之一。 在这种情况下，我们使用点（0，0，3.9）。 通过指定接近所需顶点的点坐标，3DEC将自动找到最近的顶点。 由于我们重置了历史记录，因此第一个定义的历史记录现在是z位移，可以使用 hist label 命令将其标记为 “Vertical Displacement”。使用 seek 命令使隧道内部可见。

hist zdis 0 0 3.9
hist label 1 'Vertical Displacement'
seek

现在可以执行命令。 使用在前面FISH函数中定义的y坐标，可以从隧道的起点开始逐步移动开挖隧道，并在四个阶段中沿y轴逐渐移动。 回想一下，区域5是隧道。 使用命令指定两个范围将给出两个范围的交集。

下面的命令确保仅挖掘隧道的各个部分。在每个阶段之间，执行数千次循环以模拟与挖掘相关的时间，并允许模型尝试达到平衡。 在最后阶段之后，将执行10,000个循环，以显示历史记录所示的楔形的向下位移。 请注意，由于楔块会掉落，因此直到楔块撞到隧道地面后，模型才会慢慢求解平衡。 这将花费很长时间，因此我们使用 cycle 命令指定了多个循环计算次数，而不是使用 solve。

; delete interior blocks in stages
delete range group tunnel y @stage0,@stage1
cycle 1000
delete range group tunnel y @stage1,@stage2
cycle 2000
delete range group tunnel y @stage2,@stage3
cycle 4000
delete range group tunnel y @stage3,@stage4
cycle 10000
save tun_x.3dsav

运行模型后，通过上面绘制历史记录的方法，可以绘制出垂直位移图：

注意：这里使用了命令delete。 如果您打算用材料来填充隧道（例如回填），则应改用excavate命令。 如果希望能够绘制出开挖的材料，但又不想将其重新引入模型中，请使用remove命令。

可以看到在前两个开挖阶段几乎没有位移，但是在第三部分开挖之后，楔块掉了下来。 这种楔形破坏也可以在模块模型中看到。 切换到 “Blocks” 视图窗口。 为了最好地可视化块体破坏，我们可以如下图所示将块模型的一部分隐藏在一个节理上方。 在控制面板的 Plot Items 窗格中，单击 BGroup 项目旁边的范围图标。 在下面 Elements 中双击 Plane。 点击 Plane 在 Attributes 选项卡中，输入0 0 5.7作为原点，输入60作为倾角，输入130作为倾角方向。 将 Kind 设置为 Below。

设置完成后，点击OK，可以得到切片视图。通过单击 Joints 图项旁边的眼睛图标隐藏节理。 通过选择 List 选项卡并选择 Blocks → Vectors → Displacement 来添加位移向量进行显示。 单击 Arrow Head 复选框以显示矢量方向。 也可以像上面在块体上的操作一样将矢量隐藏在平面上方，但是在这种情况下，这实际上不是必需的。 现在该图应如下所示：

未完待续

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