近日，水哥收到一粉絲對初始地應力施加這塊的疑問，恰逢今天時間較多，便說說在ANSYS中如何施加初始地應力。

        針對巖土工程相關的分析而言，初始地應力這個概念比較重要，所謂初始地應力，也即是在我們對巖土進行任何外部操作之前，例如基坑開挖、邊坡開挖、隧道開挖等，其本身內所存在的真實應力，也可稱之為初始應力場。

        初始應力場是平衡的，這也是經常聽到的一個概念，初始地應力平衡，更簡單來講，就是我們在進行分析之前的位移清零，應力不清零。

        為什么進行這樣一步操作？

        答：為了使模型更加的符合實際。

        ANSYS中對于初始地應力的平衡沒有類似設計軟件那般（例如Midas NX）方便，也即是我們在做類似基坑開挖分析之前，首先要進行地應力平衡操作，ANSYS中主要分為兩步進行：

        第一步：原始應力場計算，導出地應力文件；

        第二步：新建模型，導入地應力文件，施加重力，平衡地應力。

        關于導入與導出的命令流，ANSYS以前老版本是采用Iswrite與isfile命令，新版本可采用Inistate命令，但是Iswrite和isfile依然可以用，只是幫助文件已經沒了這兩個命令的解釋，其用法同inistate，可具體查詢Help。

        通過上兩步操作，能達到位移清零，真實應力不清零的效果，下面以一個小例子來進行說明操作過程。

        某二維地塊，長度50m，高度20m，需進行基坑開挖操作，操作之前，需進行初始地應力的平衡，材料為中風化砂質泥巖，彈性模量取1200Mpa,粘聚力取450Kpa，摩擦角取30度，采用DP材料模型。

        為詳細對比每一步操作過程，本次分了三個模型進行操作演示：

        模型一：初始應力場計算，導出初始應力文件；

        模型二：導入初始應力文件，不施加重力荷載；

        模型三：導入初始應力文件，施加重力荷載。

一、模型一

只施加重力荷載，求解命令流如下，

!============

!建模

!============

/solu

nsel,s,loc,y,0

d,all,uy,0      

nsel,s,loc,x,0

nsel,a,loc,x,50

d,all,ux,0

allsel

acel,,10

ISWRITE,1     

solve 

計算結果如下：

位移云圖：

應力云圖：        

導出的初始應力文件位于工作目錄下，其后綴名為ist，采用記事本即可打開。

二、模型二

只導入初始應力文件，求解命令流如下：

!============

!建模

!============

/solu

nsel,s,loc,y,0

d,all,uy,0    

nsel,s,loc,x,0

nsel,a,loc,x,50

d,all,ux,0

allsel

isfile,read,DY1,ist     

solve 

位移云圖：

應力云圖：

Y方向

X方向

從位移云圖以及應力云圖可知，

1）土體在初始地應力作用下，將產生向上膨脹的豎向位移。

2）土體在初始地應力作用下，不產生豎向應力，也不產生水平應力。說明ANSYS的初始地應力導入功能能保證土體應力自平衡；

 3）利用上述兩點，可推導出，當模型同時在自重荷載和初始地應力作用下，將不會產生豎向位移，但會產生真實的土體應力。此結論可通過下面的模型三證明。

三、模型三

只導入初始應力文件，并施加重力荷載，求解命令流如下：

!============

!建模

!============

nsel,s,loc,y,0

d,all,uy,0       

nsel,s,loc,x,0

nsel,a,loc,x,50

d,all,ux,0

allsel

acel,,10

isfile,read,DY1,ist     

solve 

位移云圖（最大值為1.2e-18，忽略不計）：

應力云圖：

通過上述三個模型可看出，采用上述步驟可間接實現ANSYS當中初始地應力的施加。

祝好

ANSYS結構院

2019.06.14