地应力平衡

ABAQUS地应力平衡：进行地应力平衡的原因陈述如下：我们建立的几何模型一般都和工程实际情况一致，例如边坡的几何模型与边坡实际尺寸相一致。但是由于边坡的沉降和徐变作用，可以想像到，现在的边坡应该是由一个体积更大的原始边坡在很久以前由于受到重力作用和边界约束条件，逐渐形成了现今的边坡形态。但是对于那个原始的边坡形态，我们不得而知。假如能准确知晓，我们就能够建立原始边坡的几何模型，接着对边坡施加重力和边界条件，受力后边坡形态应该和现在的边坡相一致，其内力就是初始应力场（地应力），这样就不用专门施加地应力了。但现实情况是我们不能知晓原始边坡的形态。现在的边坡几何模型就是其实际形态，受力之后将会变成一个与现状不一致的边坡，这不符合现在的实际情况。如果我们计算出现今边坡的内力，并将其作为边坡的初始应力场，再去和外力平衡，这样我们建立的模型就和现实边坡情况相一致了。对于涉及开挖、回填的动态岩土工程问题，地应力平衡是正确模拟施工过程的前提条件。初始应力的加载必须满足地应力平衡，而地应力平衡就是为了使地基仅存在初始应力，而不存在初始应变。当地基自重是产生地应力场的主要因素时，重力是外力，初始应力场是内力，将提取出的内力施加于模型后再施加重力，此时内力和外力平衡，该状态就是工程建设的初始状态。在表面水平的情况下，ABAQUS中初始地应力场的平衡一般只和密度有关，土体的密度一样，平衡的效果就好，别的参数对地应力平衡的结果影响很小。对于表面不平的情况，尽量通过inp文件导入初始应力的方法进行地应力平衡。ABAQUS中进行地应力平衡的时间点的选择十分重要，地应力平衡是指在工程建设之前,地表的位移应为零,而土体的应力却存在。也就是说不管土体原来的样子如何（例如高山,河流,丘陵,平原等）,进行地应力平衡的正确时间点应当是在我们对它做任何扰动之前.具体采取的办法如下所述，我们对所建立的边坡几何模型施加和实际模型一致的重力和边界条件，得到变形以后边坡的内力，变形后边坡形状和原始边坡略有不同，其内力可近似作为现状边坡的内力，将其作为初始应力施加于现在的边坡中，接着施加外力（重力）来平衡初始应力，这样就建立了一个与现今边坡形态基本相同的边坡模型，这样之后的分析计算才是符合实际的。地应力平衡中，重力是外力，应力场是内力，为了内力与外力平衡，我们需要将由外力作用产生的内力作为初始应力场施加于模型中，再加上外力，这样就达到了内力和外力平衡的效果。常见的地应力平衡的三种方法：1.地表水平土层分层水平的情况下的地应力平衡地表水平而且土层分层水平的情况下的地应力平衡是最简单的情况,事实上也是大多数计算用到的平衡方法,这个时候可以用ABAQUS提供的*initialconditions,type=stress,geostatic方法来做2.地表不水平或土体分层不规则的情况下，首先将已知边界条件施加到模型上进行正演计算,然后将前面重力计算所得的应力数据导入的方式来进行地应力平衡,该方法的核心思想是，重力作用于土体,然后提取每个单元的应力（S11,S22,S33,S12,S13,S23）,最后将这些应力数据以.csv格式的文件读入inp文件中作为初始应力,从而达到平衡土体位移的效果。3.不预设地应力该法不需要进行地应力平衡，而是记录土体在重力作用下每个结点的位移,计算完成后,将最后的位移结果减去重力作用下每个结点的位移值就能得到净位移的大小。该方法的缺点是仅适用于小变形分析,而并不适用于几何非线性,同时要提前记录各结点的位移值,还要处理数据，会比较麻烦；优点是其收敛性好,精度高。工程中常见问题处理方法：1.有结构物的情况如何平衡?有结构物的情况下就不是正确的平衡点,如果一定要这样平衡,比如原来有一个隧道,现在在上面建房子,要估计这种情况下的追加位移是多少,这种情况下可以用上面的方法2和3来完成.2.多层土的情况下的平衡?多层土的情况可以根据不同的情况选择方法1或2进行.3.有地下水的情况下的平衡?有水的情况下最主要是要搞清楚土的三相,按照不同的孔隙率计算土的干密度和湿密度,这种平衡目前最好是只用方法1来完成.4.边坡加重力无法平衡?边坡加重力无法平衡表示边坡本身是不稳的,应检查模型的合理性以及塑性参数取值是否合理.前面提到的地应力平衡的方法1和方法3较为简单，这里对方法2在ABAQUS中的操作步骤做详细的说明，本文处理地应力平衡时也是采用方法2，操作步骤如下：第一步：建立模型，材料，分析步（GEOSTATIC）第二步：施加荷载，LOAD，选择施加重力GRAVITY，在你想施加重力的方向输入数值9.81第三步：在命令行中输入mdb.models['模型名字'].setValues(noPartsInputFile=ON)(应严格按照这个格式，注意大小写的字母，同时注意输入模型名字时的大小字)第四步；提交JOB，计算完成后执行第五步第五步：打开后处理界面Visualization，[Module]Visualization-Report---ReportFieldOutput---下拉菜单里面选择centriod，然后依次把S11,S22,S33,S12,S13,S23选上，setup页面选择报告文件的名字---***.txt---Write中选择FieldOutput-------------ok!!!第六步：先打开然后打开excel在菜单：数据——》导入外部数据——》导入数据选中先前的应力存储文件***.txt，（选固定宽度）下一步，然后调整分界线，确定，然后删除不需要的，然后存为csv格式（注意不要用空格，否则会有很多逗号的）这个csv文件是最重要的，文件中应当仅有数值部分，在CSV文件中，数字本身是用逗号隔开的，不需要另加逗号。第七步：在ABAQUS----Model---Editkeywords---Model-1(这就是你的Model名字)---在材料属性后面加上：*initialconditions,type=stress,input=***.csv完成第八步：重新提交JOB，OK