基础例题2
三维隧道施工阶段分析
GTS基础例题2
-三维隧道施工阶段分析
运行GTS 1 概要 2 建模助手 6
一般表单 / 5 喷锚表单 / 8 挖掘表单 / 12 网格表单 / 13 结果数据表单 / 20
分析 24
查看分析结果 26
应力等值线 / 27 查看等值面 / 32 查看切片应力 / 34 查看剖断面 / 38 输出结果 / 39
GTS基础例题2
GTS基础例题2
这个例题我们将使用GTS提供的隧道建模助手建立单向和双向开挖的隧道三维模型并进行分析。在后处理中，我们可以对于任意施工阶段按图形和表格的形式查看分析结果，还可以通过查看等值线、等值面、剖断面等多种方法对结果进行分析。
运行GTS
运行程序并进行初始设定。 1. 运行GTS； 2. 点击
文件 > 新建开始新项目；
3. 弹出项目设定对话框；
4. 在项目名称里输入‘基础例题 2’； 5. 其它的使用程序设定的默认值； 6. 点击
；
7. 在主菜单里选择视图 > 显示选项...；
不使用栅格、坐标轴、基8. 将一般表单里网格 > 节点显示指定为‘False’；
准时，可将其隐藏起来，以便于建模。
9. 点击 。
1
三维隧道施工阶段分析 (Tunnel Modeling Wizard)
概要
这个例题如下图所示，模拟的是一个处于不同岩土层内的隧道模型。尽管对于不同的岩层、土层需要使用不同的材料来模拟，增加了建模的复杂性，但这里我们可以使用GTS的隧道建模助手，只需通过输入一些主要参数，就可以非常快捷地建模。
GTS 基础例题 2-1
土
软岩
GTS 基础例题 2-2
硬岩
2
GTS基础例题2
岩层和土层的各项特性如下表：
特性
类型
弹性模量(E)[tonf/m2]
泊松比(ν) 容重(Y)[tonf/m3] 饱和容重[tonf/m3] 侧压力系数 粘聚力(C)[tonf/m2] 内摩擦角（ϕ） 抗拉强化[tonf/m2]
硬岩 软岩 土 MC MC MC 6e5 2e5 5000 0.2 0.25 0.3 2.6 2.5 1.8 2.6 2.5 1.8 1 0.7 0.5 300 20 2 40 35 30 300 20 2 GTS 基础例题 2-Table 1
锚杆和喷射混凝土的结构材料特性如下表： 特性 弹性模量(E)[tonf/m2]
喷射混凝土 锚杆
1.5e5 2.0e7 0.2 0.3 2.4 7.85 1e-6 1.2e-5 泊松比(ν) 容重[tonf/m3] 热膨胀系数(a)
2 GTS 基础例题 2-Table
锚杆和喷射混凝土的截面特性如下表：
区分 喷射混凝土
锚杆
GTS 基础例题 2-Table 3
类型 板 植入式桁架
尺寸
厚度[m] 0.16 面积[m2] 0.0005067
3
三维隧道施工阶段分析 (Tunnel Modeling Wizard)
建模助手
隧道建模助手可帮助我们方便快捷地完成隧道几何模型的建立、有限元网格的划分、边界条件、荷载工况、施工阶段的定义等整个过程的模拟。 4
下面利用建模助手进行建模。 1. 在主菜单选择模型 > 隧道建模助手…。
GTS 基础例题 2 - 3
GTS基础例题2
一般表单
在一般表单，可以指定隧道的截面形式、地层的属性以及开挖方法。
1. 将类型指定为‘全部’； 2. 形状选择‘三心圆’； 3. 点击材料右侧的
GTS 基础例题 2 - 4
调出岩土材料特性对话框；
5
三维隧道施工阶段分析 (Tunnel Modeling Wizard)
(可将输入的数据设定为建模助手的默认值。如果用户未修改初始默认值，右侧数据会显示为默认值。
6
通过调出的岩土材料特性对话框定义材料特性。 4. 名称中输入‘硬 岩’；
5. 模型类型选择‘莫尔－库仑’； 6. 弹性模量(E)输入‘6e5’； 7. 泊松比(ν)输入‘0.2’； 8. 容重(Y)输入‘2.6’； 9. 饱和容重(Ysat)输入‘2.6’； 10. 热膨胀系数(a)输入‘1e-6’；
11. 水平侧压力系数的K0x, K0y中分别输入‘1’； 12. 粘聚力(C)输入‘300’； 13. 内摩擦角(ϕ)输入‘40’； 14. 抗拉强度输入‘300’；
15. 弹性模量增量, 粘聚力增量, 参考高度中都输入‘0’； 16. 点击 ； ；
GTS 基础例题 2 -5
GTS基础例题2
用 考虑初始应力时使17. 不勾选初始应力分析材料； 18. 隧道孔数量指定为‘1’； 定义隧道的形状并指定开挖方法。 19. 尺寸中对于R1输入‘6.5’； 20. R2输入‘6’； 21. A1输入‘60’； 22. A2输入‘55’； 选择图6中隧道图示上23. 不勾选包括仰拱； 方的实际形状，并点击，可显示根据输入的参数被更新的隧道形状。 24. 不勾选非对称截面； 25. 开挖方法中选择‘全断面开挖’。
GTS 基础例题 2-6
7
三维隧道施工阶段分析 (Tunnel Modeling Wizard)
不勾选的话，就会不模拟喷射混凝土 8
喷锚表单
在喷锚表单可定义喷射混凝土和锚杆的属性及分布状况。
1. 点击喷锚表单；
2. 勾选喷射混凝土； 3. 点击喷射混凝土特性右侧的，调出喷射混凝土特性对话框；
GTS 基础例题 2-7
GTS基础例题2
输入喷射混凝土的特性值。 4. 名称中输入名称； 5. 弹性模量(E) 输入‘1.5e5’； 6. 泊松比(ν) 输入‘0.2’； 7. 容重(Y) 输入‘2.4’； 8. 热膨胀系数(a) 输入‘1e-5’； 9. 点击
GTS 基础例题 2-8
；
9
三维隧道施工阶段分析 (Tunnel Modeling Wizard)
10 输入锚杆的特性值和分布数据。
10. 勾选锚杆； 11. 点击特性右侧的
，调出锚杆特性对话框；
12. 名称中输入Rock Bolt； 13. 弹性模量(E)输入‘2.0e7’； 14. 泊松比(ν)输入‘0.3’； 15. 容重(Y)输入‘7.85’； 16. 热膨胀系数(a)输入‘1.2e-5’； 17. 点击；
GTS 基础例题 2-9
GTS基础例题2
18. 在显示隧道和锚杆图示的上方选择实际形状； 19. 数据中数量里输入‘13’； 20. 分割里输入‘2’； 21. 长度里输入‘4’； 22. 弧长里输入‘1.5’； 23. 点击实际形状右侧的25. 不勾选交错排列。
；
24. 查看图示所示的锚杆的分布状况；
GTS 基础例题 2-10
11
三维隧道施工阶段分析 (Tunnel Modeling Wizard)
12
挖掘表单
定义施工阶段。
1. 选择挖掘表单；
2. 将开挖类型指定为‘单向’；
3. 开挖后喷锚阶段中对于喷混凝土输入‘1’； 4. 开挖后喷锚阶段中对于锚杆输入‘1’； 5. 进尺(m)中对于进尺输入‘30@2’； 6. 喷锚位置(m)指定为‘自动(进尺中间)’。
GTS 基础例题 2-11
GTS基础例题2
网格表单
在网格表单输入划分有限元网格的相关数据和地表、地层的相关数据。
1. 选择网格表单； 2. 选择‘实际形状’；
3. 隧道位置中对于深度输入‘60’； 4. 隧道位置中对于底部范围里输入‘3’； 5. 隧道位置中对于侧向范围里输入‘4’； 6. 点击实际形状右侧的7. 地面模型中选择‘实际模型’； 8. 勾选地层和地表； ；
GTS 基础例题 2-12
13
三维隧道施工阶段分析 (Tunnel Modeling Wizard)
在这里尽管实际长度是106.8m，但考虑程序运算时有可能因为数值误差导致出错，故输入到了110m的数值，对于Z方向也同样输入了61m的数值，稍微超出了实际长度60m。14
下面模拟地层。
9. 点击可调出定义地层对话框； 10. 点击
；
11. 参考下图GTS 基础例题 2–13输入x方向的坐标和相应的数值； 12. 接着输入z方向的坐标和相应的数值，此时第一个z的值必须是‘0’； 13. 点击；
GTS 基础例题 2-13
GTS基础例题2
前面已经定义了隧道所处的‘Hard Rock’的材料特性，下面定义处于地层和‘Hard Rock’之间的Soft Rock的特性（参考下图GTS 基础例题 2–14）。
14. 点击定义地层对话框中材料右侧的15. 名称中输入‘Soft Rock’； 16. 模型类型指定为‘莫尔-库仑’； 17. 弹性模量(E)输入‘2e5’； 18. 泊松比(ν)输入‘0.25’； 19. 容重(Y)输入‘2.5’； 20. 饱和容重(Ysat)输入‘2.5’； 21. 热膨胀系数(a)输入‘1e-6’；
22. 水平侧压力系数的K0x, K0y中分别输入‘0.7’； 23. 粘聚力(C)中输入‘20’； 24. 内摩擦角(ϕ)输入‘35’； 25. 抗拉强度输入‘20’；
26. 弹性模量增量, 粘聚力增量, 参考高度中都输入‘0’； 27. 点击
，调出岩土材料特性对话框；
；
；
28. 点击定义地层对话框的
15
三维隧道施工阶段分析 (Tunnel Modeling Wizard)
16
GTS 基础例题 2-14
形成地表。
29. 点击调出定义地表对话框； 30. 尺寸的两栏均输入‘11’； 31. 点击
；
32. 点击定义地表对话框下端的
；
33. 选择并打开文件‘BT2 Wizard Elevation.dat’；
GTS基础例题2
GTS 基础例题 2-15
下面定义地表和Soft Rock间Soil层的材料特性。
34. 点击定义地表对话框中材料右侧的35. 名称中输入‘Soil’；
36. 模型类型指定为‘莫尔-库仑’； 37. 弹性模量(E)输入‘5000’； 38. 泊松比(ν)输入‘0.3’； 39. 容重(Y)输入‘1.8’； 40. 饱和容重输入‘1.8’； 41. 热膨胀系数(a)输入‘1e-6’；
42. 水平侧压力系数的K0x, K0y中分别输入‘0.5’； 43. 粘聚力(C)输入‘2’； 44. 内摩擦角(ϕ)输入‘30’；
，调出岩土材料特性对话框；
17
三维隧道施工阶段分析 (Tunnel Modeling Wizard)
18 45. 抗拉强度输入‘2’；
46. 弹性模量增量, 粘聚力增量, 参考高度中都输入‘0’； 47. 点击
；
48. 点击定义地表对话框的
；
GTS 基础例题 2-16
GTS基础例题2
输入网格的大小。
49. 网格尺寸中在隧道(间距)输入‘2’； 50. 边界网格指定为‘用户定义’； 51. 曲面输入‘5’； 52. 其他输入‘5’。
GTS 基础例题 2-17
19
三维隧道施工阶段分析 (Tunnel Modeling Wizard)
结果数据表单
20 利用隧道建模助手建模分析时，程序还可按Excel的形式对分析结果进行整理、输出。通过结果数据表单即可对输出的结果进行设定。
1. 选择结果数据表单；
2. 在树形菜单选择位移 > 上部 >‘顶端发生竖向位移-1’； 3. 勾选竖向(Z)； 4. 不勾选纵向(Y)；
5. 选择输出位置指定为‘自动’；
6. 在阶段选择选择‘阶段间隔’并输入‘5’；
GTS 基础例题 2-18
GTS基础例题2
7. 在树形菜单选择位移 > 侧壁 >‘侧壁位移-1’； 8. 勾选右侧壁； 9. 再勾选左侧壁；
10. 选择输出位置指定为‘自动’；
11. 在阶段选择选择‘阶段间隔’并输入‘5’；
GTS 基础例题 2-19
12. 在树形菜单选择位移 > 下部 >‘地面发生竖向位移-1’； 13. 勾选竖向(Z)； 14. 不勾选纵向(Y)；
15. 选择输出位置指定为‘自动’；
16. 在阶段选择选择‘阶段间隔’并输入‘5’；
21
三维隧道施工阶段分析 (Tunnel Modeling Wizard)
22 GTS 基础例题 2-20
17. 在树形菜单选择应力(喷射混凝土) >正应力 >‘最大压应力发生1’； 18. 不勾选Sigma1、Sigmax、Sigmay； 19. 只勾选Sigma2；
20. 选择输出位置指定为‘自动’；
21. 在阶段选择选择‘阶段间隔’并输入‘5’；
GTS 基础例题 2-21
GTS基础例题2
22. 在树形菜单选择应力(喷射混凝土) > 剪应力 >‘最大剪应力发生-1’； 23. 选择输出位置指定为‘自动’；
24. 在阶段选择选择‘阶段间隔’并输入‘5’；
GTS 基础例题 2-22
25. 在树形菜单选择轴力(锚杆) >‘轴力发生-1’； 26. 选择输出位置指定为‘自动’；
27. 在阶段选择选择‘阶段间隔’并输入‘5’。
GTS 基础例题 2-23
23
三维隧道施工阶段分析 (Tunnel Modeling Wizard)
分析数据
24
分析工况
使用建模助手建模时，会自动生成考虑侧压系数的分析控制数据。这道例题中已经模拟了地表的形状，故需对自动生成的分析控制数据进行修改，使其在分析时不考虑侧压系数。
1. 在主菜单选择分析 > 分析工况…； 2. 点击自动生成的分析工况，再点击右侧的
； 3. 在添加/修改分析工况对话框中点击分析控制右侧的；
4. 在分析控制对话框中取消勾选K0条件； 5. 点击分析控制对话框的
；
6. 点击添加/修改分析工况对话框的；
7. 点击分析工况对话框的。
GTS 基础例题 2-24
GTS基础例题2
运行分析 1. 在主菜单选择分析 > 分析...进行分析。
在Output窗口将显示分析过程中的各种信息。若产生Warning等警告信息，有可能导致分析结果的不正常，需要特别留意。分析信息文件的扩展名为*.OUT* ，形式为文本文件；分析结果文件的扩展名为*.TA* ，形式为二进制文件。所有文件都将被保存在与模型文件相同的文件夹内。
GTS 基础例题 2-25
25
三维隧道施工阶段分析 (Tunnel Modeling Wizard)
查看分析结果
(取消荷载和边界条件在界面上的显示。26
分析正常结束后，程序会转为查看分析结果的后处理模式。对于此模型我们查看各施工阶段任意位置的位移等值面、任意切片的应力、锚杆的构件内力图形。
1. 选择树形菜单的边界条件； 2. 点击鼠标右键调出关联菜单； 3. 选择隐藏全部； 4. 选择树形菜单的荷载； 5. 点击鼠标右键调出关联菜单；
6. 选择隐藏全部； 7. 选择树形菜单的几何； 8. 点击鼠标右键调出关联菜单； 9. 选择隐藏全部；
10. 未进行任何选择的状态，在模型窗口点击鼠标右键调出关联菜单； 11. 选择关闭所有三角标；
12. 重新在模型窗口点击鼠标右键调出关联菜单； 13. 选择开关栅格。
GTS基础例题2
应力等值线
通过这道例题， 重点
介绍后处理中各项功能的使用方法。
下面先查看一下应力。 1. 在视图工具条中点击
等轴测视图；
2. 在树形菜单下部选择后处理表单；
3. 在树形菜单双击CS : Tunnel Wizard Analysis Case > CS 1-Last Step > Solid
Stresses >‘Lo-Solid SZZ’；
4. 在主菜单下方的表单工具条中选择后处理数据表单； 5. 点击‘CS 1 - Last Step’右侧的
；
查看各施
如果勾选实时显示，随
着组的变化，等值线也会跟着变化。
6. 参考图GTS 基础例题 2 - 26可左右调整Output Set，或者使用滚动条
工阶段应力云图的变化趋势； 7. 点击8. 点击
GTS 基础例题 2-26
；
按钮左侧的结果组按钮将其指定为‘CS 31 - Last Step’；
；
9. 点击后处理数据表单最右侧的
数据过滤 网格形状 显示类型
结果组 等值线数据 变形数据
- 后处理数据工具条 -
GTS 基础例题 2-27
27
三维隧道施工阶段分析 (Tunnel Modeling Wizard)
28
GTS 基础例题 2-28
GTS基础例题2
使用特性窗口可对等值线进行细部设定。
10. 在特性窗口选择‘等值线’； 11. 点击单元线右侧的将颜色指定为黑色； 输入； 12. 等值线显示指定为‘True’； 13. 点击段数，输入‘18’。可直接输入数值，也可使用滚动条14. 无结果的节点和单元指定为‘不显示’； 15. 确认颜色类型为‘RGB’状态； 16. 确认快速显示为‘False’状态； 助。 详细说明请参考联机帮17. 点击特性窗口下端的；
GTS 基础例题 2-29
29
三维隧道施工阶段分析 (Tunnel Modeling Wizard)
30 使用后处理模式表单按其它方式查看结果。这里不但显示单元的边线，并让变 形形状和未变形形状共同显示。此时，未变形形状的外轮廓线会以浅灰色显示。
18. 在后处理数据工具条点击网格形状；
19. 选择变形+未变形；
20. 参考图GTS 基础例题 2–27将变形数据由‘DX(V)’改为‘DZ(V)’； 21. 点击后处理数据工具条右侧的；
22. 在表单工具条中选择后处理模式表单；
23. 在后处理模式工具条点击线类型； 24. 选择无线；
GTS 基础例题 2-30
GTS基础例题2
设置变形形状。
25. 在视图工具条中点击前视图； 26. 将隧道周围放大显示，我们可以看到隧道的变形被显示得很夸张； 27. 此时可选择特性窗口的‘变形’； 28. 在系数输入‘100’； 实际位移指定为False的话，29. 实际位移指定为‘True’； 程序会根据整个模型的大小适用变形的显示比例。所输入的 系数只适用于实际位移。 30. 点击特性窗口下端的。
GTS 基础例题 2-31
31
三维隧道施工阶段分析 (Tunnel Modeling Wizard)
查看等值面
下面利用等值面的功能查看分析结果。
1. 在视图工具条中点击2. 选择后处理数据表单； 3. 在后处理数据表单点击4. 选择‘未变形’； 5. 点击后处理数据表单右侧的； 6. 在表单工具条中选择‘后处理模式’； 7. 在后处理模式表单点击 线类型； 8. 选择属性线； 9. 在后处理模式表单点击10. 选择等值面； 等值面同样可以在特性窗口设置。步骤12-22都是在特性窗口完成的操作。 等轴测视图； 网格形状； 可视化； 11. 特性窗口将自动指定为‘等值面’； 12. 不显示的值指定为‘指定值外的值’； 13. 确认预览被指定为‘True’； 14. 确认动态被指定为‘False’； 查看等值面的状况；
； 查看等值面的状况； ； 查看等值面的状况； ； 。 可直接输入数值，也可以15. 数值中输入‘-180’，点击用鼠标直接指定位置来输入数据。 16. 点击标准右侧的17. 数值指定为‘-250’，点击18. 点击标准右侧的19. 数值中输入‘-320’，点击20. 点击标准右侧的21. 预览指定为‘False’； 考联机帮助。 等值面的详细内容请参22. 点击
32
GTS基础例题2
GTS 基础例题 2-32
33
三维隧道施工阶段分析 (Tunnel Modeling Wizard)
查看剖断面
利用剖断面功能可查看任一片平面上的应力。
1． 在后处理模式工具条中点击2． 选择剖断面；
剖断面同样可以在特性3． 特性窗口将自动指定为‘剖断面’；
窗口进行设置。
可视化；
4． 平面类型指定为‘基准’； 5． 数据指定为‘YZ-平面’； 6． 确认预览被指定为了‘True’； 7． 点击
8． 名称输入‘Datum YZ’； 9． 点击
；
查看剖断面的结果；
定义任意平面形成剖断面。
10． 将平面类型指定为‘用户定义平面’； 11． 点击用户定义平面的12． 调出定义平面对话框；
GTS 基础例题 2-33
；
34
GTS基础例题2
13． 在工作窗口将出现横切模型的白色平面，在该平面上的任意位置点击鼠标左键； 14． 按住左键移动鼠标，则该平面会跟着鼠标平行移动；
15． 在工作窗口还将出现贯穿模型的箭头，用鼠标左键点击箭头的头或尾； 16． 按住左键移动鼠标，则白色平面就会跟着鼠标旋转； 17． 将白色平面调整到所需状态或位置后点击定义平面对话框的18． 如果剖断面的位置合适，可在特性窗口的名称中输入‘User 1’； 19． 点击
在定义平面对话框的原 点中输入坐标来确定平面的位置时，需点击显示按钮后才可查看该切面的分析结果。
；
；
GTS 基础例题 2-34
35
三维隧道施工阶段分析 (Tunnel Modeling Wizard)
36
GTS 基础例题 2-35
GTS基础例题2
20． 关闭定义平面对话框；
21． 在剖断面特性窗口将预览定为‘False’； 22． 在剖断面特性窗口点击
显示。
，使所有被指定的剖断面在画面上同时
GTS 基础例题 2-36
37
三维隧道施工阶段分析 (Tunnel Modeling Wizard)
38 查看剖分面
使用剖分面功能查看任意剖分面的分析结果。 1． 在后处理模式表单点击可视化；
2． 选择剖分面；
3． 平面类型指定为‘用户定义平面’； 4． 在用户定义平面点击
调出定义平面对话框；
5． 将剖分面移至任意位置，移动剖分面的方法与移动剖断面的方法相同；
6． 确定位置后点击定义平面对话框的按钮；
7． 点击关闭定义平面对话框。
GTS 基础例题 2-37
GTS基础例题2
输出结果
以Excel文件形式输出在隧道建模助手中事先设定好的后处理结果。
1． 在主菜单中选择结果 > 隧道建模助手的分析结果…； 2． 确认分析类型被指定为了‘建模助手分析工况’； 3． 勾选‘顶部’； 4． 点击5． 勾选‘侧壁’； 6． 点击7． 勾选‘底部’； 8． 点击9． 勾选‘应力’； 10． 点击11． 勾选‘轴力’； 12． 点击13． 点击
GTS 基础例题 2-38
指定保存Crown_Displ.xls文件的位置； 指定保存Wall_Displ.xls文件的位置； 指定保存Bottom_Displ.xls文件的位置； 指定保存Stress.xls文件的位置； 指定保存Axial.xls文件的位置； ；
14． 确认指定的文件夹中是否保存了上述Excel文件。
39
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