考虑围岩稳定性评价的引水隧洞施工过程仿真系统
发布时间：2021-09-07 10:04
根据施工过程中的围岩稳定情况确定出合理的施工进尺并实时可视化评价结构安全状况具有重要的工程意义。首先利用BIM建模软件建立三维基础模型,通过对建模软件进行二次开发并结合系统仿真原理得到引水隧洞施工进度;其次将几何模型转换为数值计算模型并建立进度数据库与引水隧洞数值模型之间的映射关系,通过有限元分析围压系统的安全状况,根据不同进尺下的进度计算及围岩稳定分析结果,合理选择施工进尺;最后基于Python+VB.net混合编程技术编制了引水隧洞施工进度与围岩稳定安全仿真系统。工程应用表明,该系统将隧洞施工进度、支护体系与围岩稳定性进行结合,可为合理制定施工计划及施工现场控制提供可视化技术及数据支持。
【文章来源】：水电能源科学. 2020,38(09)北大核心
【文章页数】：5 页
【图文】：
引水隧洞三维基础模型
为了解施工过程中的围岩稳定情况，必须建立全尺度的数值计算模型，模型尽量精细化以满足不同施工进尺的计算，这就要求数值模型中每一部分与三维基础模型一一对应，即数值模型与进度计算的三维基础模型形成映射关系。数值模型的建立通常是将建立的模型导入CAE软件中进行处理形成适合有限元仿真计算的模型[7]。将建立的三维基础模型导入HYPERMESH前处理软件中进行处理，HYPERMESH软件具有CATIA模型接口，可以保证模型导入后的完整性，数值模型见图2(a）。为更好地体现施工过程，将单元尺寸取为1m。根据隧洞施工情况需要对数值模型提前进行分组处理，并对其命名，单元根据施工工序的不同划分单元组，其命名方式为前面的字母为工序类型，分别为开挖、衬砌、灌浆，第一个数字代表隧洞编号，本文建立的4条隧洞编号为1～4，末尾数字代表分组的编号，即KAIWA1-1代表#1隧洞开挖工序对应的第一个单元组。最后将所有单元组信息储存在数据库中。3 引水隧洞施工进度仿真及可视化
引水隧洞施工是由各种工序组成的循环施工过程[8]。为更好地模拟隧洞施工，以CPM网络模型为框架，将施工过程分解为独立可管理的小组件。结合工程施工的逻辑关系，充分考虑现场施工环境及条件后，将分解的小组件按照一定的顺序进行连接，形成工程项目的整体计划安排，每一个小组件根据工序类型采用不同的CYCLONE模型。将隧洞施工考虑成开挖、衬砌及灌浆等工序的循环过程，每一种工序又可以由施工顺序建立CYCLONE模型，其循环网络模型见图3。在仿真过程中以仿真钟模拟施工时间的推进，起初设置工程施工开始状态，即确定CPM模型起点，然后根据模型关系将仿真钟逐步向前推进，当推进至任何一个小组件时调用对应的CYCLONE模型，直至推进到最后一个工序。为实现进度仿真，利用VB.NET编制开挖、衬砌、灌浆子程序，综合考虑施工过程中的非仿真工序，各工序间的滞后关系以滞后距离规定，如衬砌必须在开挖一定距离后开始施工等。系统仿真时，仿真钟以天作为推进时间，将一周的工作时间等效为一周的有效工作天数，当时间增加时，首先判断当前的施工工序类型，调用对应的子程序，将仿真结果全部储存在数据库中。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于3D WebGIS的碾压混凝土运输浇筑过程的集成监控技术[J]. 张社荣,吴越,张宗亮,梁礼绘. 水电能源科学. 2019(07)
[2]基于HYPERMESH复杂地质体的FLAC3D实体建模[J]. 闫龙,徐卫亚,张强. 三峡大学学报(自然科学版). 2013(03)
[3]大型洞室群稳定性分析与智能动态优化设计的数值仿真研究[J]. 江权,冯夏庭,向天兵,周辉,陈建林,补约依呷,侯靖. 岩石力学与工程学报. 2011(03)
[4]基于CATIA二次开发的飞机外形参数化设计[J]. 谢岳峰,余雄庆. 计算机工程与设计. 2008(14)
[5]高地应力下硬岩的本构模型研究[J]. 陈景涛,冯夏庭. 岩土力学. 2007(11)
[6]循环仿真随机网络在隧洞施工中的应用[J]. 钟登华. 土木工程学报. 1994(04)
硕士论文
[1]基于CATIA的地下洞室群施工动态可视化仿真研究[D]. 区丽雯.天津大学 2018
[2]基于BIM的时变结构安全性能分析与管控系统[D]. 张晓洋.清华大学 2016
[3]大型地下厂房洞室群施工期动态反馈优化设计方法研究[D]. 向天兵.中国科学院研究生院（武汉岩土力学研究所） 2010
本文编号：3389349
【文章来源】：水电能源科学. 2020,38(09)北大核心
【文章页数】：5 页
【图文】：
引水隧洞三维基础模型
为了解施工过程中的围岩稳定情况，必须建立全尺度的数值计算模型，模型尽量精细化以满足不同施工进尺的计算，这就要求数值模型中每一部分与三维基础模型一一对应，即数值模型与进度计算的三维基础模型形成映射关系。数值模型的建立通常是将建立的模型导入CAE软件中进行处理形成适合有限元仿真计算的模型[7]。将建立的三维基础模型导入HYPERMESH前处理软件中进行处理，HYPERMESH软件具有CATIA模型接口，可以保证模型导入后的完整性，数值模型见图2(a）。为更好地体现施工过程，将单元尺寸取为1m。根据隧洞施工情况需要对数值模型提前进行分组处理，并对其命名，单元根据施工工序的不同划分单元组，其命名方式为前面的字母为工序类型，分别为开挖、衬砌、灌浆，第一个数字代表隧洞编号，本文建立的4条隧洞编号为1～4，末尾数字代表分组的编号，即KAIWA1-1代表#1隧洞开挖工序对应的第一个单元组。最后将所有单元组信息储存在数据库中。3 引水隧洞施工进度仿真及可视化
引水隧洞施工是由各种工序组成的循环施工过程[8]。为更好地模拟隧洞施工，以CPM网络模型为框架，将施工过程分解为独立可管理的小组件。结合工程施工的逻辑关系，充分考虑现场施工环境及条件后，将分解的小组件按照一定的顺序进行连接，形成工程项目的整体计划安排，每一个小组件根据工序类型采用不同的CYCLONE模型。将隧洞施工考虑成开挖、衬砌及灌浆等工序的循环过程，每一种工序又可以由施工顺序建立CYCLONE模型，其循环网络模型见图3。在仿真过程中以仿真钟模拟施工时间的推进，起初设置工程施工开始状态，即确定CPM模型起点，然后根据模型关系将仿真钟逐步向前推进，当推进至任何一个小组件时调用对应的CYCLONE模型，直至推进到最后一个工序。为实现进度仿真，利用VB.NET编制开挖、衬砌、灌浆子程序，综合考虑施工过程中的非仿真工序，各工序间的滞后关系以滞后距离规定，如衬砌必须在开挖一定距离后开始施工等。系统仿真时，仿真钟以天作为推进时间，将一周的工作时间等效为一周的有效工作天数，当时间增加时，首先判断当前的施工工序类型，调用对应的子程序，将仿真结果全部储存在数据库中。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于3D WebGIS的碾压混凝土运输浇筑过程的集成监控技术[J]. 张社荣,吴越,张宗亮,梁礼绘. 水电能源科学. 2019(07)
[2]基于HYPERMESH复杂地质体的FLAC3D实体建模[J]. 闫龙,徐卫亚,张强. 三峡大学学报(自然科学版). 2013(03)
[3]大型洞室群稳定性分析与智能动态优化设计的数值仿真研究[J]. 江权,冯夏庭,向天兵,周辉,陈建林,补约依呷,侯靖. 岩石力学与工程学报. 2011(03)
[4]基于CATIA二次开发的飞机外形参数化设计[J]. 谢岳峰,余雄庆. 计算机工程与设计. 2008(14)
[5]高地应力下硬岩的本构模型研究[J]. 陈景涛,冯夏庭. 岩土力学. 2007(11)
[6]循环仿真随机网络在隧洞施工中的应用[J]. 钟登华. 土木工程学报. 1994(04)
硕士论文
[1]基于CATIA的地下洞室群施工动态可视化仿真研究[D]. 区丽雯.天津大学 2018
[2]基于BIM的时变结构安全性能分析与管控系统[D]. 张晓洋.清华大学 2016
[3]大型地下厂房洞室群施工期动态反馈优化设计方法研究[D]. 向天兵.中国科学院研究生院（武汉岩土力学研究所） 2010
本文编号：3389349
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