Motivation

在 ABAQUS中，提供了 5 種定應力平衡方法，分別是

1. ( AUTOBALANCE) 自動平衡法;

2. * INITIAL CONDITIONS，TYPE = STRESS，GEOSTATIC;

3. * INITIAL CONDITIONS，TYPE = STRESS，FILE = file，INC =inc;

4. * INITIAL CONDITIONS，TYPE = STRESS，INPUT =XX． DAT;

5. * INITIAL CONDITIONS，TYPE = STRESS，GEOSTATIC，USER。

以上 5 種方法并不是每一種適用于所有的巖土模型，方法從易到難。

方法①的自動平衡法，它省去了自重應力以及生成相應初應力文件和導入的麻煩。在( GEOSTATIC) 地應力中選擇自動增量步就能使用自動地應力平衡功能，還能指定允許的位移變化容限。不過自動地應力平衡支持有限的幾種材料如彈性，塑性等，而其起單元也有一定的要求。

方法②為關鍵字定義初始地應力法，這種方法需要給出不同材料區域的最高和最低點的自重應力及其相應坐標。所采用的幾何模型一般較規則，表面水平，能夠通過考慮水平兩個方向的側壓力系數值來施加初始應力場。關鍵字定義初始地應力法只適合土體表面水平的土體，而初始地應力提取法由于外插的應力有一定的誤差，因此對于材料是彈塑性的復雜土體，應力轉移要通過大量的迭代才能完成，而其有可能出現不收斂的情況，平衡效果可能不是很理想。

方法③是 ODB 導入法，這種方法可使用之前算過的 ODB 文件結果，也就是說提前計算一個初始應力ODB 文件，定義初始應力時直接指定 ODB 文件即可。

方法④初始應力提取法，首先將已知邊界條件施加到模型上進行計算，然后是將計算得到的每個單元的應力外插到形心點出，導出 S11，S22，S33，S12，S13，S23 六個應力分量。這種方法是最為通用的方法，可以實用于不同材料，不規則的地形，適用性強。

方法⑤是采用用戶子程序 SIGINI 來定義初始應力場，可以定義其為應力分量為坐標、單元號、積分點號等變量的函數，要達到精確平衡需已知具體邊界條件，在實際中應用較少。

N小問

I. 為何要施加初始地應力？

II. 什么工況下，施加初始地應力？

III.什么時間點施加地應力？

IV.施加過程中及之后需要的注意事項？

......

I. 為何要施加初始地應力？

地應力是存在于地殼中未受工程擾動的天然應力,也稱巖體初始應力、絕對應力或原巖應力。廣義上也指地球體內的應力。它包括由地熱、重力、地球自轉速度變化及其他因素產生的應力。我們所建立的幾何模型一般和工程實際情況或尺寸相對應、相一致，比如邊坡幾何模型和實際邊坡尺寸一致，但我們可以夸張一點想像，實際邊坡應是由一個更大一點或更高一點的不受重力的初始邊坡在n年前突然受重力和類似目前的邊界條件作用下逐漸形成了今天的尺寸大小，n年前受重力和類似目前的邊界條件作用之前邊坡的尺寸大小，我們不得而知，如果能準確知曉，我們就可以建立一個那時的幾何模型，再施加重力和邊界條件進行計算，變形后形狀和現狀邊坡形狀一致，其內力也就是初始應力場或地應力，就不用專門去施加地應力了，但問題是我們不能知曉邊坡受力前的形狀尺寸，我們現在的幾何模型就是邊坡現在的實際尺寸，受力后將會變成一個更小的或與現狀不一致的邊坡，這不符合我們模擬現狀邊坡的目的。如果我們知道現狀邊坡的內力，將其提取出來作為幾何模型的內力，再和外力（重力）平衡，則我們建立的模型才能算和實際模型一致。 真實地知道現狀邊坡的內力是很難的，我們采取的辦法是，用我們所建立的幾何模型施加和實際模型一致的重力和邊界條件進行計算，得到變形后或變得更小或與現狀邊坡不完全一致的邊坡內力近似的作為現狀邊坡的內力，并重新將其施加于與現狀邊坡一致的幾何模型，再施加重力（當然邊界條件也應基本一致）以平衡，這樣才算建立了與現狀模型基本一致的模型，其下的計算才成為可能。這就是所謂“地應力平衡”。

II. 什么工況下，施加初始地應力？

a. 隧道開挖、填充的動態巖土工程問題

b. 邊坡問題

c. 多層土仿真

d. 樁土地基

e. 地殼 巖體模擬

f. 地震

III. 什么時間點施加地應力？

當我們建任何東西或挖任何東西之前, 地表的位移都是零, 但是土體的應力卻存在, 這種無位移但有應力的時間點叫地應力平衡。那么正確的時間點應該是什么呢, 就是不管土原來是什么樣的, 高山, 河流, 丘陵, 平原都可以, 關鍵是在我們對它做任何擾動之前。譬如，樁土作用如何平衡? 這個問題首先就是錯的, 因為地應力平衡的時候是不能有樁的；一旦有樁就跨過了地應力平衡這個時間點, 數值模擬要接近實際情況, 不能想當然, 所以正確的選擇時間點是地應力平衡計算中最關鍵的。

IV. 施加過程中及之后需要的注意事項？

比如，初始地應力場平衡一般在表面水平的情況下僅僅和密度相關，密度一樣的話平衡的結果很好，別的參數改變之后經過計算，差別很小。表面不水平的情況則最好通過文件導入初應力的情況進行平衡。一般來講，表面不平的時候有很多因素造成誤差很大。比如，不同施加方法，其收斂性可能不同。

未完待續……之后附上實例及方法

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