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

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

101⨯=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 ）； 基本特征选择壳体（Shell ）；

Approximate size 输入70，这个数值的大小，应根据模型的最大尺寸来确定：稍大于最大尺寸的2倍。比如本模型最大尺寸是30那么我输入了70，但也不是绝对，你当然也可以输入65，或75等等。

最后单击Continue,继续下一步。 按照模型尺寸（如图），建立模型部件，双击鼠标中键，完成部件的建立。

(0,0)

(30,0)(30,20)

(0,20)

12m 12m

60kpa

30m

20m

地基

3.建立材料属性（P roperty）

在Module中切换到P roperty模块，单击，输入材料名称（name）:

Material-soil,单击Density,在弹出对话框中输入：密度2080；然后单击

Mechaniacal—Elasticity—Elastic,在弹出的对话框输入图，单击OK完成材料的定义。

单击按钮，输入名字：S ection-soil,选择Soild , Homogeneous,单击Continue，OK,完成截面的创立。

单击按钮，选取部件（单击或框选，选择后成粉红色，表示选中），单击Done 或单击鼠标中键来确定。在弹出的对话框中选中Section-Soil，单击OK.

4.装配部件（Assembly）

在Module选择Assembly模块,单击，弹出对话框，采用默认值，单击OK.

注意：1.本模型只有一个部件所以自动选中，如有多个可按Shift键全选中；

2.Instance Type 本例都无所谓，只有一个部件，但是如有多个部件，我比

较喜欢选择Independent,因为在这种情况下，所有的部件会出现在一个窗口，划分网格更方便，并且直观的看到不同部件连接处网格划分的是否协调。

5.创建分析步（Step）

在Module选择Step模块,单击，弹出下面的对话框，创建分析步Step-1,

选择Geostatic,单击Continue，在分析步编辑框Basic中选择On(如果会发生大变形的情况下要选择On)，其他默认，单击OK

6.施加荷载和定义边界条件（Load）

在Module选择Load模块，单击定义边界条件，需要对模型的左、右、下底面定义边界条件，分别命名BC-1、BC-2 、BC-3，选择初始步

（Initial）,Displacement/Rotation, 单击Continue，选择左、右、下底面边界，单击Done，分别选择U1、 U1、 U2（U1是水平方向，U2是竖直方向），单击OK完成边界条件的定义。

单击定义重力荷载，Name:Load-grv, 选择Step-1，Mechanical，Gravity，单击Continue。单击Edit Region，选择整个模型，在Component 2中输入-9.8（重力加速度），单击OK

7.划分网格（Mesh）（划分网格是一门艺术，本例只是简单的划分）

在Module选择Mesh模块，单击设定网格的种子，将全局种子大小设为1，其余默认，单击OK.

单击，采用默认，单击OK。