進行地應力平衡的原因如下：我們建立的幾何模型一般都和工程實際情況一致，例如邊坡的幾何模型與邊坡實際尺寸相一致。但是由于邊坡的沉降和徐變作用，可以想像到，現在的邊坡應該是由一個體積更大的原始邊坡在很久以前由于受到重力作用和邊界約束條件，逐漸形成了現今的邊坡形態。但是對于那個原始的邊坡形態，我們不得而知。假如能準確知曉，我們就能夠建立原始邊坡的幾何模型，接著對邊坡施加重力和邊界條件，受力后邊坡形態應該和現在的邊坡相一致，其內力就是初始應力場（地應力），這樣就不用專門施加地應力了。但現實情況是我們不能知曉原始邊坡的形態。現在的邊坡幾何模型就是其實際形態，受力之后將會變成一個與現狀不一致的邊坡，這不符合現在的實際情況。如果我們計算出現今邊坡的內力，并將其作為邊坡的初始應力場，再去和外力平衡，這樣我們建立的模型就和現實邊坡情況相一致了。

對于涉及開挖、回填的動態巖土工程問題，地應力平衡是正確模擬施工過程的前提條件。初始應力的加載必須滿足地應力平衡，而地應力平衡就是為了使地基僅存在初始應力，而不存在初始應變。當地基自重是產生地應力場的主要因素時，重力是外力，初始應力場是內力，將提取出的內力施加于模型后再施加重力，此時內力和外力平衡，該狀態就是工程建設的初始狀態。

在ANSYS中的地應力該怎么平衡呢？

初應力(Initial Stress)可以指定為一種“荷載”進行施加,但僅在靜態分析和全瞬態分析中使用，可以用于線性分析或非線性分析。初應力荷載只能在第一個荷載步中施加，且ANSYS支持初應力荷載的單元類型有:PLANE2、PLANE42、PLANE82、PLANE182、PLANE183、SOLID45、SOLID92、SOLID95、SOLID185、SOLID186、SOLID187、SHEL181、SHELL208、SHELL209、LINK180、 BEAM188、 BEAM189單元。初應力荷載是單元坐標系下的值，如果單元坐標系與總體坐標系不同應謹慎。初應力荷載只能在求解層施加(有些荷載可以在前處理層施加),施加方法只有采用ISTRESS 、ISFILE 、USTRESS命令，且不能采用ISFILE和USTRESS同時給單元施加初應力荷載。初應力荷載的施加采用覆蓋方式，即多次施加時后面命令結果覆蓋前面的命令結果。

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接下來，小編就一個簡單的算例就行地應力平衡。在一個均質的地基上有一根立柱。

柱子的尺寸為1m×2m×10m，密度2400kg/m³，彈性模量2.8E8Pa（這里我為了方便觀察規律，降低這個彈性模量），泊松比0.167；均質地基的尺寸為30m×30m×15m，密度為2000kg/m³，彈性模量3E7Pa，泊松比0.3。模型見圖。

接下來，我將全部用命令流來實現這部分的內容。

1、不考慮柱子的初始狀態

• 導入ANSYS模型
  

finish
/clear
/FILENAME,DYL
/INPUT,Z_D_WZLDJ.cdb

• 設置邊界條件
  

底部全約束，四周法向連桿約束

/prep7
nsel,s,loc,z,-15
d,all,all
nsel,s,loc,x,-15
nsel,a,loc,x,15
d,all,ux
nsel,s,loc,y,-15
nsel,a,loc,y,15
d,all,uy
Allsel

• 施加重力加速度
  

/solu
acel,,,9.81

• 模擬開挖

這一步主要是殺死柱子單元，保證只有一個地基

Nropt,full
esel,s,mat,,1
ekill,all
allsel

• 求解并輸出應力

iswrite,on
solve
finish

求解之后，得到在自重作用下，純地基狀態的位移，應力分布。

       為了便于理解，可以在ANSYS工作的目錄中找到DYL.ist文件，用記事本打開，可以看到輸出的應力文件中一共有SX、SY、SZ、SXY、SYZ、SXZ這6個應力值，而對于柱子的單元來說，應力全部為0（這里可以通過查找柱子的單元號，查看相應的應力值）。

2、不考慮柱子的導入初始應力

直接讀取第一步輸出的應力，然后直接計算。

/solu
allsel
isfile,read,DYL,ist,,2,2
solve

        從上面的位移云圖中可以容易的知道，地基的豎向位移是10E-7量級了，可以說是非常小了。然后我們看一下，地基的豎向應力，與初始狀態是一致，這個結果正是我們想要的。（這一步只是便于大家更好的理解這個過程）如果沒有上部的結構，那么地應力平衡就到這里結束了。考慮地基上面有建筑，還需要激活上部的結構。

3、激活地基上部結構的應力狀態

激活柱子（ealive）

/solu
esel,s,mat,,1
ealive,all
allsel
isfile,read,DYL,ist,,2,2
solve

求解之后，得到在自重作用下，地基和結構的總的位移，應力分布。

      從上面的位移的云圖中可以簡單的看出，地基幾乎沒有豎向位移，上部的結構（柱子）有相應的豎向位移。應力還是比較的正常的，于是乎平衡到這里就全部結束了。

     上面的過程為了便于整個過程的完整性，便于理解。其實可以完全忽略第二個過程，直接第三步。那么這期ANSYS的地應力平衡就到此結束了。

     需要文件的小伙伴，可以關注公眾號生活中的力學仿真，然后后臺回復“ANSYS地應力平衡”獲取相應的模型文件和命令流。

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