地应力平衡汇总

1、“地应力平衡”的含义、目的、作用

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。

2、地应力如何平衡

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。

abaqus的part模块绘图功能不是很强，因此常用AutoCAD绘出平面图后导入abaqus。在abaqus6.10中，主导入要分为以下几个步骤：

1，在AutoCAD中建好模型的平面图形，并且另存为dxf格式。由于abaqus没有单位，我们通常采用标准单位m，因此cad模型也应以m为单位，按照1:1的比例绘制；

2，进入abaqus/cae的part模块，依次点击file-import-sketch，加载你的dxf文件，这时候你会由part模块转入sketch模块；

3，点击绘图区左侧的sketch manager，可以对导入的模型进行编辑，但不能直接进行拉伸、旋转等操作；

4，切换到part模块，点击creat part，定义模型的基本特征；定义完毕之后，在绘图区左侧的工具区的下方，找到add sketch的功能，点击，找到要加载的平面图形，即可将平面

图形载入part模块。由于已经定义了模型的基本特征，因此可以对模型进行拉伸、旋转等操作。在上一步中，没有定义模型特征，因此不能进行拉伸、旋转等；

导入过程至此结束。

接触分析收敛不管怎么总还是一个很大的问题，而我们经常在一个地方卡了很长的时间，怎么也找不到解决和提高的办法。而aba_aba在abaqus常见问题汇总中给了我们模型改进的方向和一些方法。在我分析的过程当中，怎么找到模型中的影响收敛的关键问题所在也是一个很让我迷茫了很长时间。下面谈一下我个人的一些经验和看法。如有错误还望大家指出，也希望大家给出自己更多的经验分享。

abaqus的隐式求解的就是求算出一个很大的刚度矩阵的解，这个方程能否通过一次一次的迭代到最后达到一个系统默认的收敛准则标准的范围之内，就决定了这一次计算能否收敛。因此要收敛的话，系统与上一个分析步的边界条件区别越小的话，系统就越容易找到收敛解。针对这一点，我们可以得到下面的几种方法来尽可能的使系统的方程的解尽可能的接近上一步，以达到收敛。下面的方法的指导思想是：尽可能小的模型，前后两个分析步的改变尽可能的少。

1. 接触分析真正加载之前，设置一个接触步让两个面接触上来，在这个步骤里面，接触面的过盈小一点好，比如0.001.接下去再把作用与两个接触体的力及接触方向的自由度放开。

2. 如果系统的载荷很多的话，将系统的载荷分做多步进行加载，一次性全上可能使系统无法在规定的迭代次数内收敛。所以根据需要分开，让abaqus的内核慢慢消化去。少吃多餐在这边好像也是成立的。

3. 系统有多个接触的话，也最好如载荷一样，分成几个step让他们接触上。这样的做法会让你以后在模型的修改中更有方向性。

4. 模型还是不收敛的话，你可以看一下是在哪一步或者那个inc不收敛。对于第一步直接不收敛的话，如果模型是像我上面把载荷和接触分成很多步建立的话，可以把载荷加载的顺序换一下。如果你把第二个加载的载荷换到第一步以后，计算收敛了，那影响收敛的主要问题应该就是原来第一个加载或着接触影响的。这种情况下面一般算到这个加载的时候还是不会收敛。这个时候可以考虑是否有什么其他办法能够使步骤的变化与上一步变动小一点，比如第一点里面提到，或者继续把这个载荷细分呢？

5. 对于接触分析不收敛的情况，可以自己看一下模型的接触面。有时候是overclosure,这个时候在assemble里面将模型相对位置稍微移动下或者用接触里面的那个adjust only to remove overclose,不过或一种方法会使你的网格扭曲变形。问题不大也是可以用的。有的时

候是因为，模型中的两个接触面变成了一个点和一个面接触，而点或者面中有一个位置并不是很稳定。这个时候就会出现了dividing,有时候求解无法成功。这时候可以看一下是不是能够将模型该处稍微改一下呢？或者将该处的网格细化一下。

6. 模型实在是比较大的话，可以修改solver的设定，将迭代次数改大一点。对于开始计算就不收敛的，而在迭代次数到了以后时间增量还不是很小的话，可以将initial和minimum 改小一点。模型越大的话这边可以改的越小，特别是前后两个step变化比较大的情况下。但对于模型不是很大的情况下，太小的时间增量是意义不大的，问题应该从模型当中是否有错误去考虑。

7. 模型太大的话会导致求解的方程太大，不需要的不重要的接触最好从模型当中去除。这样的话对结果影响也不会很大，而且可以是计算时间大大的减少。

引言：我们知道从1914年Ingless和1921年Griffith提出断裂力学开始，一直到60年代都停留在线弹性断裂力学(LEFM)的层次。后来由於发现在裂纹尖端进入塑性区后用LEF仍然无法解决stress singularity的问题。1960年由Barenblatt和Dugdale率先提出了nonlinear/plastic fracture mechnics的概念，在裂纹前端引入了plastic zone,这也就是我们现在用的cohesive fracture mechnics的前身。当时这个概念还没引起学术界的轰动。直到1966年Rice发现J-integral及随后发现在LEFM中J-integral是等于energy release rate的关系。随后在工程中发现了越来越多的LEFM无法解释的问题。cohesive fracture mechnics开始引起更多的关注。在研究以混凝土为代表的quassi-brittle material时，cohesive fracture mechnics提供了非常好的结果，所以在70年代到90年代，cohesive fracture mechnics被大量应用于混凝土研究中。目前比较常用的方法主要是fictitious crack approach和effective-elastic crack approach或是称为equivalent-elastic crack approach. 其中fictitious crack approach只考虑了Dugdale-Barenblatt energy mechanism而effective-elastic crack approach只考虑了基於LEFM的Griffith-Irwin energy dissipation mechanism，但作了一些修正。

做裂纹ABAQUS有几种常见方法。最简单的是用debond命令, 定义

*FRACTURE CRITERION, TYPE=XXX,

参数。。。

**

*DEBOND, SLAVE=XXX, MASTER=XXX, time increment=XX

0,1,

……

......

time,0

要想看到开裂特别注意需要在指定的开裂路径上定义一个*Nset，然后在

*INITIAL CONDITIONS, TYPE=CONTACT中定义

master, slave, 及指定的Nset

这种方法用途其实较为有限。

另一种方法，在interaction模块，special, 定义crack seam, 网格最好细化，用collapse element 模拟singularity. 这种方法可以计算J积分，应力强度因子等常用的断裂力学参数.

裂尖及奇异性定义:

在interaction-special,先定义crack, 定义好裂尖及方向, 然后在singularity选择：

midside node parameter: 输入0.25, 然后选Collapsed element side, duplicate nodes，8节点单元对应(1/r)+(1/r^1/2)奇异性。

这里midside node parameter选0.25对应裂尖collapse成1/4节点单元。如果midside nodes 不移动到1/4处, 则对应(1/r)奇异性, 适合perfect plasticity的情况.

网格划分:

裂尖网格划分有一些技巧需要注意，partition后先处理最外面的正方形，先在对角线和边上布点，记住要点constraint, 然后选第三个选项do not allow the number of elements to change 不准seed变化，密度可以自己调整. 最里面靠近圆的正方形可以只在对角线上布点. 也可以进一步分割内圆及在圆周上布点. 里面裂尖周围的内圆选free mesh, element type选cps6或者cpe6，外面四边形选sweep mesh, element type选cps8或者cpe8, 记住把quad下那个缩减积分的勾去掉。

这种方法的几个值得注意的问题，见不少朋友问过。主要是对断裂力学的理解问题。

1．为什么设置理想弹塑性(epp)分析的时候得到的xx,yy方向或者最大应力值Sxx, Syy会超过材料的屈服强度Sy呢, 这分析结果可能吗？

这是因为在ABAQUS中对应等于材料的屈服强度的是von Mises等效应力Se=Sy，因此在平面应变的条件下，xx方向的应力Sxx=Sy*pi/SRQT(3)>Sy, 而Syy=Sy*(2+pi)/SRQT(3), 大概是3倍的屈服应力。所以得到大于材料的屈服强度的xx及yy方向应力是正常的。

2．为什么设置collapse element的时候对弹性分析在中间就一个点而要把单元边上的中点移到1/4处，但弹塑性分析却要在中间设置一圈点并且保持单元边上的中点位置不变呢？

这个其实不是随便定的，在有限元中分析裂纹时，对弹性分析需要模拟裂尖1/SQRT(r)的奇异性，这样在把单元边上的中点移到1/4处后计算出来的等参单元拉格郎日型函数对应的u field正好包含1/ SQRT(r)项，事实上这一方法在断裂力学的数值模拟发展史上是很巧妙的一个发现，至今仍然被广泛采用。至于理想弹塑性分析需要模拟裂尖1/r的奇异性, 这样大家

都知道在把单元边上的点放在到1/2处后计算出来的正常的等参单元拉格郎日型函数对应

的u field包含1/ r项, 可以模拟弹塑性分析需要的裂尖1/r的奇异性。所以在看似动手点几下就能实现的分析模式后面有很清楚漂亮的理论作支持。

还有就是比较新的cohesive element单元。我仔细读了ABAQUS cohesive element的理论帮助，个人意见ABAQUS的cohesive element采用的是广泛应用于混凝土的类似fictitious crack的方法。只考虑了Dugdale-Barenblatt energy mechanism。这其中softening law 的影响是非常重要的。但ABAUQS似乎只提供了linear 或者exponential 的softening law，复杂的本构关系还需要另想办法。至於基于Griffith-Irwin energy dissipation mechanism的J-integral值可以在LEFM分析中单独算。(ABAQUS用的是SuoZhigang和Hutchinson在1990一篇论文中提出的方法) 目前cohesive fracture mechnics已经被应用于各种材料。不过在使用到纳米或者更小数量级的研究中碰到了不少问题，可能需要结合位错和分子动力学的一些理论。现有的cohesive element单元需要定义damage initiation和evolution的准则，softening准则目前好像只有linear和exponential，但对一般材料也够用了。然后通过设置后处理display group可以看到裂纹扩展情况。裂纹扩展不是ABAQUS的强项，目前比较方便的只能用cohesive element，我做过几个模型效果还可以，但对应的参数需要一定的实验数据支持，否则做出来了也不知道对不对。要注意geometric thickness和constitutive thickness；material stiffness和interfacial stiffness的区别以及厚度与精度的影响。Cohesive element的核心主要是TS-Law，无论里面的数据如何选取，厚度如何变化，cohesive element

的表现取决于TS-Law的定义

Model Change以前只能在隐式分析中通过inp操作（显式分析不支持Model Change 功能），现在v6.10版可以ABA/CAE的实现，近来很多人问起如何操作。我工作过程中尚未用到这类工况，今天随便假想一个工况，做一个小实例。有问题大家行内人士自己讨论吧。Model Change与其他类型分析的唯一区别是在interaction management---create---选择相应的step----model change--按照图中步骤选取你需要删除或者添加的几何（或者集合）。

模型简介：

梁两端固支，在中间划分出一小段用于remove。建立2个step：

step1 在前2段加载均布压力p

step2 将中间一段remove，并将均布压力增大。

结果显示：

step1的结果和一个两端固支梁加载无异；

step2的结果显示右端没有应力。

单元的钝化和激活技术在对施工工序进行模拟时是十分必要的。因此，探索ABAQUS中单元的钝化和激活具有明显的意义。经测试，可按以下步骤成功实现：

1> Part

建立part，最好一次性建立part。然后结合施工顺序，对part进行partition。

2> material

a）先按一般情况建立材料信息

b）“完全弹性”材料——低弹模，相对轻质，完全弹性

此弹性材料用于拟钝化单元的“备份单元”，在确保自身变形不是很大的情况下，跟随非钝化单元一起变形，起着追踪节点坐标的作用。为此，要求完全弹性，相对于非钝化单元弹性模量小，最好能小5个数量级（有待进一步研究），相对质量要轻（因为避免自身变形过大，就得考虑自重密度与弹模之间的比例关系，过自重密度与弹模比较大，则变形必定很大，暂定5个数量级）

3>assembly

a）按照正常程序进行assembly

b）在此阶段需设置多个单元集和节点集（至少有“钝化单元节点集”，“非钝化单元节点集”，“备份钝化单元节点集”）

c）对备份钝化单元集的要求

与钝化单元节点号完全一致；与钝化单元数量完全一致；单元总数会因此发生变化，增量数即为备份钝化单元数；

注意，经测试，钝化单元集只能在assembly阶段设置，否则无法钝化和激活

4>step

按一般方法设置

a）在第一阶段钝化单元集

** Remove all elements in element set EL-SET

*MODEL CHANGE, REMOVE

EL_SET

b）在需要激活的阶段激活钝化单元集

** Reactivate elements in element set EL_Set

*MODEL CHANGE, ADD=STRAIN FREE

EL_SET

c）“完全弹性单元集”不能钝化，否则失去追逐坐标的功能

5>load

注意，各工况的计算结果是否需要累计

6>mesh

一般方法

7>job

在job管理器中，create —source file(inp) 提交inp文件

备注，目前是适于于ADD=STRAIN FREE的情况，其他情况尚未测试。“完全弹性材料”弹性模量的取值以及材料非线性以及与时间有关的因素也有待进一步探讨。

附录为一个T形梁的测试文件，即在第一个阶段钝化翼缘板，在第三个阶段激活该翼缘板。基本原理：

首先将结构分成两个独立部分，一是需要在前期需要钝化而随后需要激活的部分，另一部分就是不需要做任何处理的剩余部分。在此将其分别命名为“需要钝化”的部分和“不需要钝化”的部分。由于ABA在激活单元时是在该单元的原始位置予以激活，而实际结构分析中往往要求在变形后的位置上以无初始应变的方式激活。故需要先确定变形后的相应位置，并予以激活。为此特设置一种具有“追踪功能”的单元。此单元实际上是“需要钝化”单元的备份单元（通过elcopy命令实现），具体要求如下：

1.该单元跟“需要钝化”单元形状完全一致，共享节点，但具有不同的单元号；

2.该单元的刚度很小，它的存在不影响原有结构的计算结果；

3.该单元的自重无限小，不至于由于自重导致该单元产生过大应力和变形；

可见，该“追踪功能”的单元具有“完全弹性”性质。

因此，当添加此单元后，实际结构实际上由三部分组成，一是“需要钝化”的单元，二是“不需要钝化”的单元，三是赋予了完全弹性材料特性的“追踪单元”。

现在，如果将原来“需要钝化”的单元钝化掉(*model change, remove)，则结构中剩下的就是“不需要钝化”的单元和“追踪单元”两部分。由于“追踪单元”的刚度很小，所以，理论上是不影响原有结构的受力的。但由于追踪单元仍在结构上，其变形位置是可以随“不需要钝化”单元的变形而获得的。

当此时激活先前已经钝化的单元时，由于该单元与“追踪单元”共享节点，先前已经钝化的单元就自然而然的获得变形后的位置了。这就是“追踪”功能的基本原理。

如果“追踪单元”不采用完全弹性材料，则结构的刚度就会因此增大很多，这是第一个需要注意的地方。如果“追踪单元”的自重参数较大，则会因其弹性模量较小而产生很大的变形，这是第二个需要注意的地方。如果钝化单元后结构体系的约束设置不合理，则会出现结构不稳定的现象，这是第三个需要注意的地方。由于“追踪单元”的“完全弹性”和小自重特性，理论上讲，对结构的任何一部分的计算都不会有很明显的影响。

基本步骤：

建立part，结合施工顺序的要求对相关part进行partition，并将partition 后的各个独立部分设置单元集（以便在elcopy的时候调用）。此时的结构由两部分组成，一是“需要钝化”的单元集，二是剩余的“不需要钝化”的单元集。这两部分必须相互独立，不能有交集。当然，在同一个part里，允许有多个“需要钝化”的单元集存在。

在assembly阶段，将涉及“需要钝化”单元集的部分按part内同样的要求设置相应的单元集，以便model change时方便调用。

其它建模步骤先按一般方法完成。

然后对形成的inp文件进行修改。

1.在涉及“需要钝化”的单元集的instance里添加elcopy命令行

*Elcopy, Element shift=XXXX, Old set=Original_Set, New set=Trace_Set,

Shiftnodes=0

此处的Element shift=XXXX是单元号的增加量，一般要求略大于该instance中原有单元数的最大值，否则会出现材料重复定义的错误提示；也不宜设置过大。Old set=Original_Set此处的Original_Set是在该instance中“需要钝化”的单元集。New set=Trace_Set是新增的用于追踪的单元集。Shiftnodes=0即表示新增追踪单元集Trace_Set与“需要钝化”的Original_Set单元集共享节点。

2. 在assembly 中设置“需要钝化”的单元集，以便在model change进行相关操作。如果不在此处设置单元集，则在model change调用的时候需要指定part属性。

3.添加“完全弹性”材料

要求完全弹性，即相对于非钝化单元的弹性模量小，最好能小5个数量级；要求质轻，以避免自重引起变形过大，可近似取自重密度比其弹性模型模量小5个数量级。

4.在适当阶段钝化单元集

** Remove all elements in element set Original_Set

*MODEL CHANGE, REMOVE

Original_Set

需要注意的是钝化掉的是原始单元集，而不是“追踪单元集”，否则无法实现追踪功能。

5.在需要激活的阶段激活已钝化单元集

** Reactivate elements in element set Original_Set

*MODEL CHANGE, ADD=STRAIN FREE

Original_Set

在此步中也可以将“追踪单元集”remove掉。

调用instance内部的单元集。也可以在assembly中定义单元集后直接调用单元集。

非常感谢楼主分享自己的学习经验，我认真学习了一遍，受益匪浅。但针对楼主介绍的方法和附件中的具体实例，我有几个问题想请教：

（1）关于实例中三个分析步的设置

根据楼主提供的inp文件，三个分析步的设置目的是否如此：第一步钝化实际板（需要钝化部分），仅求解梁（不需要钝化部分）在自重作用下的应力及变形；第二步求解备份板（追踪单元）和梁在自重作用下的应力及变形；第三步激活实际板单元，施加均布荷载，求解均布荷载，以及实际板和梁在自重作用下的应力及变形；根据我的施工步骤的理解，三个分析步这样设置是否更为合理：第一步钝化实际板（需要钝化部分），求解梁（不需要钝化部分）在自重作用下的应力及变形；第二步钝化备份板单元（追踪单元），激活实际板单元，求解实际板和梁在自重作用下的应力及变形；第三步在板上施加均布荷载，求解在均布荷载、实际板和梁自重综合作用下的结构响应。

（2）关于备份单元是否需要设置密度（即考虑自重）的问题

根据楼主的思路，通过设置追踪单元（复制的板单元）来实现梁在自重作用下产生变形后，实际板以无初始应变的方式浇注至变形后的梁上。但根据楼主的inp文件，实际板（需要钝化部分）与梁（不需要钝化部分）共用部分结点，因此即使不给追踪单元的密度赋值（即不考虑该部分重力），在梁（不需要钝化部分）自重作用下，由于共用结点处位移连续，追踪

单元仍然会产生变形，且追踪单元的模量设置应尽量小，不能对原结构的受力产生影响。若追踪单元与不需要钝化部分不共用结点，采取接触方式，则需要进一步研究。因此我认为在需要钝化部分与不需要钝化部分共用结点时，不需要设置追踪单位的密度，只需要设置追踪单位的模量，且值应尽量小。

（3）实例中在施加重力时，*Dload

Tsection-1.DUPSlabSet, GRAV, 1., 0., -1., 0.，重力加速度为什么取1.，而不是9.8？当然这只是一个小问题。

以上问题是我看了楼主帖子后的一些想法和疑惑，欢迎大家讨论，不对之处还望批评指正。

实际上算例中inp中分为三步只是一般施工过程的简单模拟，可简洁地描述为：1. 钝化板单元，只计入主梁自重；2. 计入板的自重（湿重），即仅考虑荷载作用，不考虑板对结构的贡献；3. 激活板单元，形成组合截面，以承受二期恒载或活荷载。当然，若仅考虑线弹性材料，不考虑时间因素（如徐变收缩）等情况下，结构的响应都是线弹性的，计算结果可以直接叠加。因此，第一、二步是可以直接放在一个分析步中进行计算的。但若要考虑徐变等，分开考虑比较好。

(2) 关于密度的问题，你说的是对的，可以不考虑追踪单元的密度，只考虑比较小的弹性模量即可。

(3) 由于该inp文件是很久以前的文件，其内的梁板单元是由一个整体模型在ABA内采用partion的方式实现的。因此，梁板是共用节点的。实际上，这个不是必要条件，可以通过梁板接触面的连接来实现的。而且现在我更多的是采用表面接触的方式模拟，这样显得更方便自由。

(4)的问题，实际上在材料的容重取值中已经考虑9.8（或10）了。当你在材料参数中取质量单位的时候，后边就采用-9.8；若在材料参数中选用容重时，这里就可以取-1。不会影响计算结果。

(1)在你提到的第2个分布步中，[2.计入板的自重（湿重），即仅考虑荷载作用，不考虑板对结构的贡献；]，是不是只考虑板的湿重，而不考虑下面梁的自重及其对板的支撑作用？相当于模拟新浇混凝土板后，拆模前只受模板和脚手架的支撑而不受下面梁的支撑？第3个分析步中板梁整体承受均布荷载，此时板混凝土已经硬化，理论上说板的自重应该为干重，与第2步中的湿重不同，不过实际两者相差很小，不知道我这样理解对不对?

（2）*change model实际上可以使用remove （reactivate）CONTACT PAIR，如果采用该方式，是不是不需要再设置追踪单元？例如对于附件中的实例问题，梁和板分别建立part，然后采用*tie设置两者的粘结，在分析步1、2中remove CONTACT PAIR来模拟施工过程，在分析步3中reactivate CONTACT PAIR来模拟组合截面，这个思路对不对？楼主有没有相

关的实例可供学习？

（3）施工重力中材料density给的是重量，已考虑重力加速度，我没仔细看，不好意思。

在后处理中怎样才能看到单元生死的过程，请指教，谢谢！

odb display option——Account for deactivated elements

一、part模块中的操作：

1. 生成一个新的part，取名为plate，本part选取3D deformable solid extrusion类型（如图1）

2.通过Rectangle工具画出一长3，高6的矩形。考虑使用工具栏add-dimension和edit dimension来画出精确长度的模型。强烈建议此矩形的左上角坐标为（0，3），右下角坐标为（3，-3）（如图2）

3. 完成后拉伸此矩形，深度为1.（如图3）

4. 生成一个新的part，取名为crack，本part选取3D deformable shell extrusion 类型（如图4）

5. 生成一条线，此线的左端点坐标为（0，0.08），右端点坐标为（1.5，0.08）

6 . 完成后拉伸此线，深度为1.（如图6）

7.保存此模型为XFEMtutor（如图7），以后经常保存模型，不再累述。

8. 在part Plate中分别创建4个集合，分别为：all，bottom，top和fixZ，各部分的内容如图8～11所示。

二、Material模块中的操作：

1. 创建材料elsa，其弹性参数为E=210GPa，泊松比为0.3（如图12）

最大主应力失效准则作为损伤起始的判据，最大主应力为84.4MPa（如图13）

损伤演化选取基于能量的、线性软化的、混合模式的指数损伤演化规律，有关参数为G1C= G2C= G3C=42200N/m， =1.（如图14）

2.创建一个Solid Homogeneous 的section，名为solid（如图15），此section 与材料elsa相联（如图16），并将此section赋给plate part（也就是集合all）（如

图17）

3.赋予材料取向，分别如图18～21所示。

地应力平衡的一个简单例子.

地应力平衡方法 熊志勇陈功奇 第一部分地应力平衡方法简介 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。 (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。 (3 *initial conditions,type=stress,geostatic,user

地应力平衡方法

方法1 1）建立模型，材料，分析步（GEOSTATIC）。 2）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9.8。 3）在JOB中提交分析。 4）按以下步骤,Report---Report Field Output---选中S11,S22,S33,S12,S13,S23---Name:cc.inp。Write中只选择Field Output。 5）修改cc.inp，用excel，打开（分隔符，Tap键、空格键、逗号） 6）删除都是1的那列。在1,2,3,4等的前面加上（part instance）的name和小数点。 7）另存为，文件类型设置为CSV。 8）用文字编辑软件删除小数点后面的逗号。 9）最后变为 soil-1.1,S11,S22,S33,S12,S13,S23 10)另存为cc.dat 11)在Edit keywords中材料属性后面加上 *initial conditions,type=stress,input=cc.dat 12）重新提交JOB，OK 方法2 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 set-1,0.0,5,-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。 4）水平地应力通过竖向应力乘以侧压力系数得到。 补充 6.10及6.11可以实现自动地应力平衡 自动地应力平衡是新版本最为关注的新功能之一，因为它省去了计算自重应力以及生成相应初应力文件和导入的麻烦。在地应力步中选择自动增量步就能使用自动地应力平衡功能，还能指定允许的位移变化容限。不过自动地应力平衡功能仅支持有限的几种材料，D-P并不包含在内，而且对单元也有一定的要求。虽然可以使用不支持的材料和单元，但可能自动地应力平衡不容易收敛或位移差值超过容限。虽然可以用塑性模型，但帮助文件中说应该用在主要为弹性的情况下。我认为材料限制应该不算太大问题，D-P仍可以使用，即使不收敛只要做一些调整比如减小容限等应该一样可以得到收敛的平衡状态。

ABAQUS岩土隧道入门地应力平衡基本问题

ABAQUS岩土隧道入门地应力平衡基本问题 一：Abaqus地应力平衡方法理解 Abaqus地应力平衡现常用分为两种方法：（6.10版以前那种笨拙修改csv文件和添加keywords自己计算每层土应力的方法，就真的很折腾，而且适应性还不好） 1.通过Geostatic中Automatic平衡，这种方法是自动平衡，通过设置最小位移精度，迭 代计算达到平衡的最小位移精度；算盘放小胖版主案例说法“依据小胖的经验，对于标准的隧道开挖，几何简单，采用1e-5的位移准则是可以的。但如果比较复杂的模型，宝宝们也不要太吝啬，放宽到0.5 mm以下也是可以的。毕竟我们玩的是大尺度模拟，半个毫米都不一定能测得出来。”，而对于单元数量巨大的模型，本身计算一次就需要不短的时间，再通过迭代自动计算地应力平衡，这个时间。。。。。。；并且Automatic只有100个increment，如果100到了还没平衡好，虽然“可以在上次计算的应力基础上再平衡一次。”但是这样下去如果遇见不收敛，就是何年何月才能算好地应力平衡。So，再看第二种方法咯 2.通过导入自重变形结果odb文件，定义应力场来计算。若用Geostatic分析步换成Fixed 平衡固定计算一次的自重变形结果odb；再通过Predefined field导入这个自重变形结果odb；具体小胖版主有实例截图，就是在Predefined field中initial分析步stress进行设置“从外部文件导入”这个自重变形结果，Geostatic分析步Fixed 下也只有一步step 和Increment，所有就应是1。 但是再计算七万别忘啦，再复制重命名或者新建一个job，要是覆盖了自重变形结果的odb，就白搭 若采用的static general分析步，控制初始增量步默认是Automatic，初始和最大控制一步计算就行，与geostatic的fixed的自重变形计算结果是一样滴，导入平衡方法也一样，结果可以比较一下，具体可以看看算盘坊小胖的地应力平衡初、中、高教程，这个只能算基础入门的概念理解 二：keywords语言基本单元生死法以及场变语言理解 （注：自用的6.14-1和新版，全部都可以通过UG窗口界面设置逻辑了，不用向上世纪那样自己编语言，当 然后期还是要学习一下编程） ▲原始方法地应力平衡语句： *initial conditions, type=stress, geostatic 土层名,大力，竖向坐标，小力，竖向坐标，侧向系数 ▲单元生死（可通过相互作用控制）： *model change, add XXXX *model change, remove XXXX

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

第六篇 ：地应力平衡方法以及注意事项

第六篇：地应力平衡方法以及注意事项 注意：只有采用弹塑性本构模型时需要地应力平衡，弹性本构不需要地应力平衡！ 第一部分地应力平衡方法简介 地应力平衡主要有五种方法： （1）自动平衡：第一步创建分析步geostatic ，这种方法注意只能在第一步只能有土和重力的情况下能使用，有其他部件或者接触时计算不能收敛，效果是最好的，方便简单！ （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。 高版本在CAE里也能操作 用计算器算出每个分界面上的应力和坐标对应填入，也比较方便不需要修改关键字

（3）*initial conditions,type=stress,geostatic,user 导入ODB里的方法，也比较简单，高版本可在截面上操作，不需要修改关键字 你放入ODB后，填入第一步不需要填名称就是1 ，增量步就是你第一步计算的最后一个增量步 （4）*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。 最麻烦，也是最容易出错的，不喜欢使用 （5）*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。 注意：除了第一种方法geostatic 选的是自动，其他都是fixed,其他四种方法第一步除了土外可以有其他部件，效果一般很差，可以多循环几次！

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*initial conditions, 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

有限元特辑II 初始地应力平衡

有限元特辑II初始地应力平衡 技术邻作者：闷油瓶 文章所包含相关领域及技术点：应力平衡、abaqus、有限元Motivation 在ABAQUS中，提供了5种定应力平衡方法，分别是 1.(AUTOBALANCE)自动平衡法; 2.*INITIAL CONDITIONS，TYPE=STRESS，GEOSTATIC; 3.*INITIAL CONDITIONS，TYPE=STRESS，FILE=file，INC=i nc; 4.*INITIAL CONDITIONS，TYPE=STRESS，INPUT=XX．DAT; 5.*INITIAL CONDITIONS，TYPE=STRESS，GEOSTATIC，USER。 以上5种方法并不是每一种适用于所有的岩土模型，方法从易到难。方法①的自动平衡法，它省去了自重应力以及生成相应初应力文件和导入的麻烦。在(GEOSTATIC)地应力中选择自动增量步就能使用自动地应力平衡功能，还能指定允许的位移变化容限。不过自动地应力平衡支持有限的几种材料如弹性，塑性等，而其起单元也有一定的要求。 方法②为关键字定义初始地应力法，这种方法需要给出不同材料区域的最高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，表面水平，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。关键字定义初始地应力法只适合土体表面水平的土体，而初始地应力提取法由于外插的应力有一定的误差，因此对于材料是弹塑性的复杂土体，应力转移要通过大量的迭代才能完成，而其有可能出现不收敛的情况，平衡效果可能不是很理想。 方法③是ODB导入法，这种方法可使用之前算过的ODB文件结果，也就是说提前计算一个初始应力ODB文件，定义初始应力时直接指定ODB文件即可。 方法④初始应力提取法，首先将已知边界条件施加到模型上进行计算，然后是将计算得到的每个单元的应力外插到形心点出，导出S1 1，S22，S33，S12，S13，S23六个应力分量。这种方法是最为通用的方法，可以实用于不同材料，不规则的地形，适用性强。 方法⑤是采用用户子程序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。 N小问 I.为何要施加初始地应力？ II.什么工况下，施加初始地应力？ III.什么时间点施加地应力？ IV.施加过程中及之后需要的注意事项？

地应力平衡方法介绍

6.19 Enhancements to the geostatic procedure Products: Abaqus/Standard Abaqus/CAE Benefits: The geostatic procedure for obtaining the initial equilibrium state has been enhanced so that you no longer have to specify initial stresses that are close to the equilibrium state to obtain a solution corresponding to the original configuration. Description: The geostatic procedure is normally used as the first step of a geotechnical analysis; in such cases gravity loads (and possibly other types of loads) are applied during this step. Ideally, the loads and initial stresses should exactly equilibrate and produce zero deformations. However, in previous releases of Abaqus the geostatic procedure did not enforce this condition. In complex problems it may be difficult to specify initial stresses and loads that equilibrate exactly. Consequently, the displacements corresponding to the equilibrium solution might be large unless a special procedure is used to enforce small displacements. The enhanced geostatic procedure allows you to obtain equilibrium in cases when the initial stress state is unknown or is known only approximately. Abaqus automatically computes the equilibrium corresponding to the initial loads and the initial configuration, allowing only small displacements within user-specified tolerances. The procedure is available with continuum and cohesive elements with pore pressure degrees of freedom and the corresponding stress/displacement elements. The elastic, porous elastic, Cam-clay plasticity, and Mohr-Culomb plasticity material models are supported. Although the list of supported materials includes materials that exhibit inelastic behavior, the procedure is intended to be used in analyses in which the material response is primarily elastic; that is, inelastic deformations are small. The new enhancements are available from the Incrementation tabbed page when you create or edit a geostatic step in Abaqus/CAE. You must select automatic incrementation to access the new controls. The default settings for increment size and maximum displacement change are shown in Figure 6–6. Figure 6–6 The Incrementation options for a geostatic step.

超深基坑工程预加轴力施加方法的分析和意见

超深基坑工程预加轴力施加方法的分析和意见 发表时间：2018-08-13T14:33:11.730Z 来源：《基层建设》2018年第19期作者：夏国燕 [导读] 摘要：预加轴力是超深基坑工程研究的重点。 杭州萧山城区建设有限公司 摘要：预加轴力是超深基坑工程研究的重点。以现阶段超深基坑工程施工情况为基础，结合近年来预加轴力研究工作特点，明确新时代发展对超深基坑工程提出的建设要求，了解预加轴力的作用，分析超深基坑工程预加轴力施工架方法，以期为工程建设施工提供保障。 关键词：超深基坑工程；预加轴力；施工方法；意见 在社会经济不断发展，科技技术持续革新的背景下，人们的生活质量越来越高，对基础设施和住房的要求也随之提高。从最初的茅草屋、泥泞路、独木桥逐渐发展成了砖房、石板路，再到现如今的高楼大厦、地铁火车。与此同时，新的施工建设材料也得到了研发和推广，大量现代化施工技术得到了应用，但也涌现出了全新的工程问题。下面以超深基坑工程为例，对其施工建设工作中的预加轴力施工方法进行深层探索。 1.国内外研究现状分析 对基坑变形检测、研究及预测、管理的相关工作一直都是工程界关注的难题。因为基坑工程中包含很多不确定因素，如地质条件、水文条件及周边环境等都拥有自己的特点，各项工程间不能随意借鉴和引用，所以几十年的基坑变形研究工作发展速度极为缓慢，且远远低于结构工程的有效性研究进度，成为了当前影响工程行业持续发展的主要因素。在二十世纪七十年代初期，以可靠性理论为基础的结构设计方案初步形成且得到推广，基坑工程领域的学者还在对土体物理力学数据的随机性和概率划分等进行深层探索，但直到现如今，这些问题都没有得到有效解决，虽然获取了一定成果，但没有提出完善的系统理论，因此相关的问题研究还要继续进行。 2.工程介绍 本文选择的超深基坑工程是某市建造的地下停车库，具体开挖深度达到了三十四点三米。基坑工程影响范围包含了十层土体，工程影响范围内下层土体性质高，属于泥质粉砂岩，但在开挖到八点三米到二十六米时，土体变成了淤泥质粉质粘土，性能过低。施工单位选择的围护结构是桩撑式，在本次工程施工中一共有八道支撑。除了第一和第五道属于混凝土支撑外，其他每道钢支撑设计的预加轴力都控制在300kN[1]。 3.数值计算模型 依据Adina有限元软件构建的数值计算模型，可以从几何模型、材料参数设计和工况模拟三个角度进行深层探索。下面对其中两点进行分析： 3.1几何模型 其一，土层模型。这一阶段是结合实际需求划分为十层，具体形式如下所示： 图1 土体模型 其二，围护结构。施工人员在围护结构的状体位置选择引用了实体单位，并结合抗弯刚度等原理实施模拟检测。以桩体实际配筋情况可以分为两种单元；一方面是钢筋较少部分桩体单元；另一方面是配筋较多的部分桩体单元。通过引用truss桁架线进行模拟支撑体系，可以获取以下几点内容：第一，对弹性模量提出混凝土支撑与钢支撑；第二，对截面积提出满足实践需求的内容；第三，对线单元的初期应变进行设计，确保其满足支撑预加轴力的模拟[2]。 3.2工况模拟 其一，开挖工况设计分析。具体内容主要分为以下几点：第一，地应力平衡；第二，依据单元生死功能模拟围护桩体施工；第三，开挖第一层土体；第四，设计第一道混凝土支撑；第五，重复进行第三和第四步工作，一直到获取第八道钢支撑为止；第六，开挖最后一层土体；第七，浇筑基坑底板。 其二，支撑预加轴力施加方法。通过整合实践设计需求，钢支撑的中间支撑都要加大预加轴力，因此在模型中也要对其实施模拟。现阶段落实的有限元模拟工作，在truss单元中加大预加轴力的方法是：truss单元同周边实体单元依据结点约束方程的形式进行连接，再依据不同的方式给予truss单元初始应力。方法有施加初始应力、改变温度及设计初始条件等。 通过上述方法对预加轴力实施模拟，有助于保障truss单元同周边实体单元在结点约束方程中来调节内力和变形。但在实践施工中，各层钢支撑是依据多种类型钢支撑构成的，在协调内力与变形的过程中，每一根钢支撑的内力都会出现改变，并与设计预加力产生差异性，进而难以满足施工现场需求。因为在现场施工中，工作人员通常情况下会引用千斤顶来加大预加力，这样有助于确保每根钢支撑的预加力和设计预加力一致。 总体来说，施工人员要寻找一个更为科学的模拟基坑开挖钢支撑预加力的施加方式，并注重研究下述几点内容：第一，在完成支撑架设工作后，工作人员要对支撑处于围护结构的对应位置提出一对相反的模拟预加力；第二，在支撑力和维护结构力的作用点中，明确传力

分岔隧道稳定性研究

第5章 知识要点：
分岔隧道稳定性研究
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分岔式隧道简介 ABAQUS 的模拟方法 大拱段数值计算 连拱段数值计算 小间距隧道数值计算 本章小结
本章导读： 首先简要介绍了分岔式隧道的两种常见形式：Ⅰ型分岔隧道和Ⅰ型分岔隧道，接下来介绍 ABAQUS 在分岔式隧道模拟中涉及到的主要模拟方法：地应力平衡、喷锚支护和施工开挖多步骤分 析，然后分别对分岔式隧道中的大拱、连拱和小间距拱的施工开挖全过程进行了平面和三维的数值 模拟，并提出了可供工程设计施工参考借鉴的结论。
5.1 分岔式隧道简介
高速公路隧道一般设置为上下行分离的双洞，且两洞室的间距保持在 30m 左右，通常称之为标 准间距的分离隧道。 有时受地质施工等因素的限制不得不采用小间距隧道形式或连拱隧道形式，如果相邻隧道的间 距小于规范的距离，则为小间(净)距隧道。招宝山隧道为我国第一座超小净距（<0.28B）并行隧道。 国内外不少专家学者研究了小间距隧道，其围岩变形特点表明，小净距隧道在设计、施工中必须慎 重对待中央岩柱的稳定性，应采取必要的设计、施工措施，减小开挖对中央岩的扰动，确保小净距 隧道的施工安全。连拱隧道是一种比较特殊的隧道结构，其常用施工方法为：l）三导洞超前施工方 法，2）中导洞超前施工方法，3）无导洞超前施工方法。在日本及意大利为中心的澳大利亚、瑞士、 法国等欧洲隧道修建技术发达的国家，连拱及小间距隧道已有相当的设计施工经验。以日本为例， 在山岭重丘区的高等级公路隧道和城市浅埋隧道中大量选用了连拱隧道。其施工方法主要有以下几 种:三导洞（中央+侧壁）半断面施工方法、三导洞全断面施工方法（中央十侧壁） 、三导洞（中央+ 侧壁）CD 施工方法、中央导洞 CD 施工方法、中央导洞配合两拱顶盾构导洞施工方法以及中央盾 构导洞施工方法。 在近二十年高速公路建设实践中，隧道工程技术人员创造性地提出了小间距隧道和连拱隧道这 两种新的隧道建设形式，并在工程中成功地得到大量的运用，为山区高速公路的建设作出了重要贡 献（图 5-1） 。 分岔隧道是目前在更为复杂地形地质条件下修建山区高速公路过程中提出的一种新的隧道建设

基于ABAQUS的无渗流偏压隧道开挖分析(包含地应力平衡分析)

基于ABAQUS的无渗流偏压隧道开挖分析（包含地应力平 衡分析） 1 隧道建模及地应力平衡 1.1 工程概况 本模型截取的一段隧道通过山体坡度30°左右一侧，隧道开挖及初衬断面为五心圆各项参数如表2.1所示。隧道跨度13.36m，高11.71m，偏压部分覆盖层厚度约为20m。隧道区地下水主要为第四系松散层孔隙水和基岩裂隙水，垂直隧道中轴线向东120米勘察孔水位为65米，向西120米勘察孔水位为10米。施工过程中隧道单位正常涌水量3.43m3/d，中等富水。具体围岩初衬参数将在后文建模时给出。 表2.1 隧道断面参数(单位：cm) r[1]R[1]r[4]R[4]h[1]h[2]h[3]a b h H B 1.2 隧道建模及偏压判定 结合隧道工程勘察报告和规范取围岩和初衬参数值如表2.2所示，隧道初衬厚度为30cm。 表2.2 围岩和初衬参数取值 弹性模量/GPa泊松比密度/Kg/m3内摩擦角/°内聚力/MPa V级围岩 1.80.382200250.3 初衬250.22400// 文献指出，取模型边界为隧道开挖直径8倍时，其地震和静力计算对隧道的影响可以忽略不计。本模型取隧道开挖直径的10倍，力求将边界影响降低到最小，同时兼顾计算工作量。建模时先简化山体坡脚30°一侧为一顶角120°的圆锥，按照隧道实际位置确定隧道后，在山体上切下符合隧道开挖直径10倍的计算模型（如图2.2），这样会使模型上表面近似山体的曲面，较符合实际地形条件，模型自前向后偏压角度略有减小。与直接将上表面简化为平面的模型相比，其计算结果和实际工程的符合性有较大提升，对隧道内部应力的分布也反映的更为准确。本章将对无渗流条件下的静力偏压情况进行模拟，以便和后文中渗流作用下

地应力平衡的一个简单例子

abaqus地应力平衡 先说为什么要施加地应力： 仅仅和密度相关 地应力平衡的正确时间点: 处理地应力平衡的三种方法: 地应力平衡方法 熊志勇陈功奇 第一部分地应力平衡方法简介 地应力平衡有三种方法： （1）*initial conditions,type=stress,input=(或inp) 该方法中的文件获取方法为: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。 （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。 （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。 第二部分地应力平衡方法实例详解 地应力平衡是岩土工程数值模拟分析的重要的内容，为了让师弟师妹们快点上手，我利用第一种方法做一个较简单的模型，希望对大家有用。 一、模型描述： 3 / 2080m kg = ρ 7 10 1? = E 35 .0 = ν 二、地应力平衡过程 1.启动ABAQUS,单击Create Model Datebase 2.创建部件（Part） 在Part模块，单击创建部件按钮，弹 出如右图的对话框， 按图输入部件名： Part-soil； 采用二维模型选择2D Planar； Type选择可变型（Deformable）； (30,20) (0,20) 12m12m 60kpa 2 m 地基

地应力平衡的一个简单例子

地应力平衡方法 第一部分地应力平衡方法简介 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。 （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。 （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。

水文水害预警方案正文部分

（技术方案）哈尔滨华夏矿安科技有限公司 水文灾害预警系统技术方案 （上位正文部分） ※本方案暂时按规程建议的算法为主进行制定。经社会调查、小组讨论后，再进一步修订本方案

目录 参考文献 0 1水害预警系统设计概述与意义 (1) 1.1水害预警系统设计依据 (1) 2突水灾害形成条件与发生原因 (1) 2.1.1自然地质条件 (1) 2.1.2人为条件 (2) 2.2研究的目的和意义 (4) 3顶板水害 (5) 3.1三图双预测法概念 (5) 3.2基于GIS的AHP方法的富水性分区图实现 (6) 3.3基于GIS的AHP&灰色神经串联型富水性分区法......... 错误!未定义书签。 3.4涌水量预测 (14) 4底板突水危险性 (12) 4.1五图双系数法概念及意义[8] (12) 5剖面图的实现 (14) 6矿井水位（淹没）实现 (25)

参考文献 [1]武强，徐建芳，董东林,等.基于GIS的地质灾害和水资源研究理论与方法[M].北京:地质出版社,2001:129-130. [2]武强，黄晓玲,董东林,等.评价煤层顶板涌(突)水条件的“三图一双预测法”[J].煤炭学报,2000,02,25(l):60-65. [3]武强,江中云,孙东云,等.东欢沱矿顶板涌水条件与工作面水量动态预测[J].煤田地质与勘探,2000,12,28(6):32-35. [4]武强,付耀军,杨明,等.基于 GIS RS与AHP耦合技术的矿山水力侵蚀研究[J].煤田地质与勘探,2004,32(06)35-38. [5]武强，魏学勇，张宏，等.开滦东欢沱矿北二采区冒裂带高度可视化数值模拟[J].煤田地质与勘探，2002，30(05):41-43. [6]刘传娥,魏久传,郭建斌,等.多因素复合法评价煤层顶板水害危险性[J].山东煤炭科技，2010，01: 180-181. [7]殷黎明，杨春和,王贵宾,等.地应力对裂隙岩体渗流特性影响的研究[J].岩石力学与工程学报,2005,24(17):3071-3075. [8]韩云春.基于采动效应研究的注浆工作面底板突水危险性平价[D]安徽理工大学.2011,5:28-. [9]武强.华北型煤田矿井防治水决策系统.[M].北京:煤炭工业出版社，1995 [10] 沙雨勤,周保东.带压系数及突水系数在防治水中的应用.[J].河北煤炭,2004(4). 20. [11]施龙青,韩进,高延法.采场损伤底板破坏深度研究.[J].煤炭学报.2004.10(29).1-3.

ABAQUS若干技巧初始应力场

Initial Conditions和Excel的使用 关键字格式： *initial conditions, type=stress,input=bb.dat 上面的关键字插于*STEP语句之前，两语句之间不能有空格。 施加预应力场只是initial conditions关键字的一个应用，详见abaqus6.8帮助文档，《ABAQUS Analysis User’s Manual》的第28.2节“initial conditions”。 实例：平衡初始地应力平衡条件：由应力场形成的等效节点载荷要和外载荷相平衡，如果平衡条件得不到满足，将不能得到一个位移为0的初始状态，此时所对应的应力场也不再是所施加的初始应力场。 解决方法：首先将重力载荷施加于土体上，施加符合工程实际条件的边界条件，计算得到在重力载荷下的应力场，再将得到的应力场定义为初始应力场，和重力载荷一起作用于原始的有限元模型，就可以得到既满足平衡条件又不违背屈服准则的初始应力场，可以保证各节点的初始位移近似为0。 步骤： 1、建立有限元模型，部件类型为轴对称模型，网格类型为CAX4R。

2、建立分析步：Geostatic 3、建立载荷，在Geostatic分析步中，只需要施加重力载荷。 下载 (8.12 KB) 2009-7-12 14:48 4、创建工作，进行分析

5、将分析得到的应力场保存为一个文本文件，inp格式。 在工作目录下会生成一个bb.inp文件 6、用excel打开bb.inp文件。注意：先打开一个空白的excel文件，再导入bb.inp文件。删去多余的行号和列号，只各个应力分量列。将各个应力分量的科学计数法格式改为显示小数点后5位。如下图所示，将第一列添加：Soil-1.1、Soil-1.2、…，先在第一列第一行填入Soil-1.1，然后使用excel的拖拽功能。

abaqus地应力平衡(网络软件)

我也是新手这些资料你看看吧！都是在网上找的，看完应该能明白个大概！ 初始地应力平衡应该满足： （1）竖向位移为零或者很小，一般至少10的负6次方，甚至更小 （2）竖向应力s22要等于土体深度*密度*g 关于地应力的平衡方法,综合了版上的一些意见,结合了自己的想法,对于初始地应力的施加,得到了e-6的效果,方法比较简单,与大家分享! 1.先施加重力荷载的作用,可以在cae中实现; 2.在inp文件中的output request中写上 *el print s, 这样就会将施加重力荷载后的应力输出到*.dat文件中了; 3.在*.dat文件中,将单元应力的序号及单元的应力拷出,例如 ELEMENT T FOOT- S11 S22 S33 S12 NOTE 1 1 -1.2598E+05 -1434. -3.1852E+04 892.7 2 1 -1.2249E+05 -6287. -3.2194E+04 1223. 3 1 -1.1795E+05 -497.7 -2.9611E+0 4 1664. 4 1 -1.1210E+0 5 -7240. -2.9834E+04 1992. 5 1 -1.0485E+05 579.0 -2.6068E+04 2600. 6 1 -9.5803E+04 -8272. -2.6019E+04 3031. 7 1 -8.4709E+04 1915. -2.0698E+04 4083. 8 1 -7.0634E+04 -9746. -2.0095E+04 4339. 9 1 -5.1088E+04 5401. -1.1422E+04 8519. 10 1 -2.4353E+04 -1.1150E+04 -8876. 1.2126E+04 11 1 -1.2847E+05 268.1 -3.2050E+04 738.1 12 1 -1.2786E+05 -9868. -3.4433E+04 629.1 13 1 -1.2938E+05 -4224. -3.3402E+04 502.5 14 1 -1.3039E+05 -3458. -3.3461E+04 165.9 单独存为一个*.dat文件, 4.用excel打开该文件,将其中的1所在的列去掉,在每个单元号前面加上其instance. ,即单元编号变为: instance名称.序号;注意不同的instance和part 要都按照其所在的单元从小到大编号,而不是按照他们在整体单元编号来编号! 5.接下来就在excel把该文件另存为*.csv格式的文件(即带有逗号分隔符的格式),