地应力平衡总结

地应力平衡
1、地应力平衡好坏评判标准
1)地应力平衡后，位移云图中最大位移达到10-6量级或更低（接近于0）。

（主要判别条件）2)地应力平衡后，应力云图中应力有一定的数值。

（也就是应力不为0，但变形接近于0）
2、进行地应力平衡的原因
总的来说，如果不进行地应力平衡，而只施加重力，模型会在重力作用下产生变形，而实际工程中，我们施加荷载时，重力产生的而变形已经产生，实际上得到的是附加应力产生的变形。

1)我们所建立的几何模型一般和工程实际情况或尺寸相对应、相一致，比如边坡几何模型和实际边坡尺寸一致，但我们可以夸张一点想像，实际边坡应是由一个更大一点或更高一点的不受重力的初始边坡在n年前突然受重力和类似目前的边界条件作用下逐渐形成了今天的尺寸大小，n年前受重力和类似目前的边界条件作用之前边坡的尺寸大小，我们不得而知，如果能准确知晓，我们就可以建立一个那时的几何模型，再施加重力和边界条件进行计算，变形后形状和现状边坡形状一致，其内力也就是初始应力场或地应力，就不用专门去施加地应力了，但问题是我们不能知晓边坡受力前的形状尺寸，我们现在的几何模型就是边坡现在的实际尺寸，受力后将会变成一个更小的或与现状不一致的边坡，这不符合我们模拟现状边坡的目的。

如果我们知道现状边坡的内力，将其提取出来作为几何模型的内力，再和外力（重力）平衡，则我们建立的模型才能算和实际模型一致。

真实地知道现状边坡的内力是很难的，我们采取的办法是，用我们所建立的几何模型施加和实际模型一致的重力和边界条件进行计算，得到变形后或变得更小或与现状边坡不完全一致的边坡内力近似的作为现状边坡的内力，并重新将其施加于与现状边坡一致的几何模型，再施加重力（当然边界条件也应基本一致）以平衡，这样才算建立了与现状模型基本一致的模型，其下的计算才成为可能。

这就是所谓“地应力平衡”的含义、目的、作用。

2)地应力平衡中的外力和内力的问题。

地应力平衡中，显然，重力是外力，应力场是内力，仅有外力重力，没有内力是不可能的，同样，仅有内力（专指初始应力场）而不受重力也是不可能的，否则，整个体系的力不会平衡。

这就是为什么我们将提取出的内力施加于几何模型后必须再施加重力的原因。

为的是内力和外力平衡。

) q0 F3 q6 H1 O#3)地应力场的方向问题，有网友在论坛里问，既然重力是向下，为与重力平衡，那应力场
的方向是不是向上呢，这同样是我开始接触abaqus的疑问，相信很初学者也有这样的疑问，我的理解是内力是没有向上、向下或者向其它方向的概念的，内力只有拉力或压力或剪力之分，其方向也按是拉是压是顺时针或逆时针而分，内力往往都是成对出现，如地应力场中的应力以压应力为主，取一个微元，则压应力同时出现在向下和向上，你能说地应力就是向上，与重力反向吗？不怕各位笑话，以上几点在高手看来是很简单的问题，却是我经历了漫长而艰辛的摸索才得到的，今天也写给初学者，不要再走我的老弯路了。

aba中初始地应力场平衡一般在表面水平的情况下仅仅和密度相关，密度一样的话平衡的结果很好，别的参数改变之后经过计算，差别很小。

表面不水平的情况则最好通过文件导入初应力的情况进行平衡。

一般来讲，表面不平的时候有很多因素造成误差很大。

3、地应力平衡的方法
地应力平衡有三种方法：
（1）*initial conditions,type=stress,input=FileName.csv(或inp)
该方法中的文件FILENAME.INP获取方法为:
首先将已知边界条件施加到模型上进行正演计算,然后一般是将计算得到的每个单元的应力外插到形心点处并导出6个应力分量(也可以导出积分点处的应力分量,视要求平衡的精确程度而定)。

其所采用的几何模型可以考虑地表起伏不平的情况以及岩土材料极其不均匀的情况,适用范围广。

但由于外插的应力有一定误差,因此采用弹塑性本构模型时,可能会导致某些点的高斯点应力位于屈服面以外,当大面积的高斯点上的应力超出屈服面之后,应力转移要通过大量的迭代才能完成,而且有可能出现解不收敛的情况。

在仅考虑自重情况下只能考虑受泊松
比的影响带来的侧压力系数效应,因此平衡后的效果不一定很理想,但无疑其适用性很强。

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9.8Y第三步：
在命令行中输入mdb.models['模型名字'].setValues(noPartsInputFile=ON) (请严格按照这个格式，注意大小写的字母)
例如：
mdb.models['Model-1'].setValues(noPartsInputFile=ON)
第四步：
提交J0B，完成后
第五步：
按以下步骤,Roport---ReportField Output---选中S11,S22,S33,S12,S13,S23---Name:
XX.INP --- Write中选择Field Output-------------ok
第六步：
用软件(推荐使用UltraEdit很好编辑的)打开XX.INP[注：
先用UltraEdit打开，删除中间的英文，再用excel打开]，保存格式内容
单元号S11S22S33S12S13S23（请注意，在保存内容中没有这一行的）1,.,.,.,.,.,.
2,.,.,.,.,.,.
.,.,.,.,.,.,.
.,.,.,.,.,.,.
这个结果文件是最重要的，在所保存的文件中只有数值部分，没有英文字母，没有上面那个“单元号”这一行，而且单元号前面也没有什么PART名字什么的，就是1，2. .......这些数字。

例如：
}另存为0.csv
当没有进行第三步操作时，前面的序号前应加上instance的名称。

见《ABAQUS有限元分析常见问题解答》P126。

第七步：
在ABAQUS----Model---Edit keywords---Model-1(这就是你的Model名字)---在材料属性后面加上：
*initial conditions,type=stress,input=0.csv
第八步：
重新提交JOB，OK
第九步：
如果你还没有成功的话，那我只能说----------------我无语了。

ABAQUS的这项功能确实很不错。

这个功能让基坑开挖、隧道开挖等的初始应力，开挖后的残余应力很好的显示；也可以很好的模拟铁路设计中的工后沉降的概念，在地应力平衡后，加上荷载所得沉降即为工后沉降；也很好的模拟了桩土复合地基的问题，如果没有初始应力的模拟，使土对桩产生了挤压应力，从而通过设定摩擦系数就可以模拟了桩与土之间的摩擦力；除此之外，在进行挡土墙计算时也需要ABAQUS的这项功能，反正很多都用得着。

（2）*initial conditions,type=stress,geostatic
该方法需给出不同材料区域的最高点和最低点的自重应力及其相应坐标。

所采用的几何模型一般较规则,表面大致水平,地应力平衡的好坏一般只受岩体密度的影响,无论采用弹性或弹塑性本构模型都能很好的达到平衡,可以不必局限于仅受泊松比的影响,能够通过考虑水平两个方向的侧压力系数值来施加初始应力场。

计算速度快,收敛性好。

缺点就是不能够很好平衡具有起伏表面的几何模型,需知道平整后模型的上覆岩体自重。

1）地表水平、土体材料在水平方向相同，可应用这种简单方法。

2）在Edit keywords中材料属性后面加上。

*initial conditions,type=stress,geostatic
instance名称.单元集名称,0.0,5,-392e3,-5,0.9
3）单元集名称、应力竖向分力第一个值、对应垂直坐标、应力竖向分力第二个值、对应垂直坐标、侧压力系数。

水平地应力通过竖向应力乘以侧压力系数得到。

（3）*initial conditions,type=stress,geostatic,user
该方法采用用户子程序SIGINI来定义初始应力场,可以定义其为应力分量为坐标、单元号、积分点号等变量的函数,要达到精确平衡需已知具体边界条件,在实际中应用较少。