plaxis2d的案例
基于Plaxis 2D的HSM模型在基坑開挖中的應(yīng)用
圖1 標(biāo)準(zhǔn)排水三軸試驗(yàn)的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系
模擬結(jié)果與監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比
得到基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)等的實(shí)測(cè)值和模擬結(jié)果后，可繪出圍護(hù)結(jié)構(gòu)等實(shí)測(cè)值與計(jì)算值隨深度的比較圖，將兩種不同模型的數(shù)值模擬結(jié)果與實(shí)測(cè)值的對(duì)比分析，如圖2所示：
圖2 基坑開挖后的位移云圖
圖3 兩種模型的模擬結(jié)果與實(shí)測(cè)值的對(duì)比分析圖
由圍護(hù)結(jié)構(gòu)實(shí)測(cè)和數(shù)值模擬結(jié)果比較圖可以看出，HS模型模擬的結(jié)果與MC模型的模擬結(jié)果相比，其精確性要明顯優(yōu)于MC模型，由此論證了HS模型模擬基坑開挖問(wèn)題的實(shí)用性與精確性。
最后，歡迎通過(guò)微信公眾號(hào)聯(lián)系我們。
微信公眾號(hào)：320科技工作室
土工格柵(Geogrid)加固軟土地基的堤壩---兩種模擬方法比較
在這種情形下，最大位移量是0.009m，這個(gè)數(shù)值比上面計(jì)算的位移值小很多，不過(guò)，就像以前多次討論過(guò)的一樣，使用強(qiáng)度折減方法計(jì)算出來(lái)的位移不真實(shí)，特別時(shí)Plaxis計(jì)算的位移；計(jì)算的安全系數(shù)為1.26。這個(gè)數(shù)值與上面計(jì)算的1.244差不多相同。不同軟件的算法、網(wǎng)格劃分等因素都影響著計(jì)算結(jié)果。不過(guò)總的來(lái)說(shuō)，結(jié)果大致相同。可以比較二者的位移云圖和最大剪應(yīng)變圖。
(2) 安裝Geogrid但不設(shè)置界面, 為了與Plaxis的結(jié)果比較，在此Geogrid使用了彈性模型，計(jì)算出的最大位移量是0.03m, 這個(gè)數(shù)值與上面計(jì)算的最大位移量0.012m基本上接近，計(jì)算的安全系數(shù)為1.48，比上面計(jì)算的安全系數(shù)1.265稍微高一些。
(3) 如果Geogrid使用塑性模型，即設(shè)置抗拉強(qiáng)度60kN/m, 得到的安全系數(shù)為1.44，比使用彈性模型小了一些，最大位移量為0.011m。當(dāng)SRF=1.75時(shí)，可以發(fā)現(xiàn)Geogrid發(fā)生了屈服破壞，即在下圖這些紅色區(qū)域Geogrid所受的力超過(guò)了抗拉強(qiáng)度60kN/m。
5 結(jié)束語(yǔ)
通過(guò)比較Plaxis 2D和Phase2的計(jì)算結(jié)果，可以看出最明顯的差異是當(dāng)安裝Geogrid后Phase 2計(jì)算的安全系數(shù)比Plaxis 2D計(jì)算的安全系數(shù)高。這種差異由許多因素引起，對(duì)一個(gè)特定的問(wèn)題來(lái)說(shuō)，很難確切地指出哪一個(gè)因素占主導(dǎo)地位。不過(guò)，宏觀上講，主要是由于Plaxis使用的安全分析(Safety Analysis)算法引起的，在Plaxis中，當(dāng)計(jì)算安全系數(shù)時(shí)，不考慮界面和結(jié)構(gòu)元的殘余強(qiáng)度，而且應(yīng)力狀態(tài)時(shí)從初始階段開始計(jì)算的，這可能是導(dǎo)致安全系數(shù)低的主要原因。
展開 建筑物的自由振動(dòng)和地震分析(1)---定義土層
5 3D模型
對(duì)于3D模型，首先需要設(shè)置模型的范圍，這一點(diǎn)比2D的設(shè)置更為重要，因?yàn)樗x的是模型另一個(gè)方向的長(zhǎng)度。其實(shí)定義模型的范圍是一種非常古老的設(shè)計(jì)方法，特別是對(duì)于2D模型，模型的范圍應(yīng)該是自適應(yīng)的，但Plaxis一直保留著這種風(fēng)格。
Plaxis3D僅提供了10節(jié)點(diǎn)的四面體單元【
3D單元類型選擇對(duì)計(jì)算結(jié)果的顯著影響(Element Type)
；
第三方的網(wǎng)格生成器(Grid/Mesh Generation)---Pointwise,CUBIT和HyperMesh
】。定義土層的方法與2D完全相同。
展開 二維穩(wěn)態(tài)滲流的計(jì)算
問(wèn)題描述：
如何在 PLAXIS 2D 中計(jì)算如下所示的二維穩(wěn)態(tài)滲流問(wèn)題？如何定義該問(wèn)題的滲流邊界條件？
解答：
利用 PLAXIS 2D 計(jì)算如上所示的“純”穩(wěn)態(tài)滲流問(wèn)題，用戶可在初始階段選擇【Flow only】的計(jì)算類型和【Steady state groundwater flow】的孔壓計(jì)算類型。除此之外，該滲流問(wèn)題的邊界條件可采用以下方法定義：
第一，模型中部的防滲墻應(yīng)采用 界 面 單 元 而非閉合（Closed）的滲流邊界條件進(jìn)行定義，后者僅適用于模型的外部邊界。利用界面單元模擬模型內(nèi)部的不透水線時(shí)，用戶應(yīng)在土體和界面材料的【界面】選項(xiàng)卡中設(shè)置橫向透水性（Cross permeability）為“不透水（Impermeable）”。同時(shí)，用戶還應(yīng)注意在穩(wěn)態(tài)滲流計(jì)算中勾選界面的【Active in flow】選項(xiàng)，否則無(wú)法激活界面的“防滲”性能。
“純”滲流問(wèn)題不計(jì)算土體的變形和應(yīng)力，故用戶可忽略地基以上的水閘且下部防滲墻（9m）也無(wú)需指定材料數(shù)據(jù)集，直接基于線段創(chuàng)建正界面或負(fù)界面即可，當(dāng)然也可以同時(shí)創(chuàng)建正負(fù)界面。
第二，模型底部的不透水邊界既可以在【結(jié)構(gòu)】模式中創(chuàng)建滲流邊界條件為【Closed】，也可以在計(jì)算階段的模型瀏覽器中激活模型底部的滲流邊界條件為【Closed】，后者在操作上更加簡(jiǎn)便快捷，但與前者無(wú)本質(zhì)區(qū)別。
事實(shí)上，PLAXIS 默認(rèn)的【模型條件＞滲流邊界＞BoundaryYmin：Closed】即滿足不透水要求，用戶無(wú)需其余操作。需要注意的是，創(chuàng)建或激活的滲流邊界條件具有比模型條件更高的優(yōu)先級(jí)。也就是說(shuō)，當(dāng)二者出現(xiàn)沖突時(shí)，以前者為準(zhǔn)。
第三，模型的左側(cè)和右側(cè)是人為的截?cái)鄶嗝妫?jì)算中也近似按不透水邊界處理。具體操作與底部邊界無(wú)異，此處不再贅述。
展開 
Plaxis應(yīng)用于巖石工程問(wèn)題的本構(gòu)模型
Plaxis的Hoek-Brown with Softening (HBS) 模型(hbs64.dll)類似于Itasca的IMMSS模型，但是用了不同的軟化途徑。所謂的強(qiáng)度軟化模型(SSM)是減小mb和s值；而所謂的GSI軟化模型(GSM)是減小GSI值。
5 蠕變模型
蠕變(Creep)是固體固體在低于其屈服應(yīng)力下的粘性變形。蠕變隨著時(shí)間發(fā)展，且蠕變速度與溫度有關(guān)，典型的巖石如泥灰?guī)r或巖鹽(rock salt)。蠕變會(huì)誘發(fā)支護(hù)系統(tǒng)中的力，從而引起巖石應(yīng)力分布的變化。
在最新版V22中，N2PC-Salt(Norton-based Double Power Creep)模型能夠進(jìn)行兩種類型的模擬：一種是粘彈性模擬，僅考慮蠕變的長(zhǎng)期影響；另一種是帶有Mohr-Coulomb破壞面的粘彈性模型，它能考慮短期影響。此外，在PLAXIS 2D中，N2PC模型還可以考慮蠕變與溫度之間的關(guān)系。
6 膨脹模型
一些含有粘土礦物的巖石，如粘土巖、頁(yè)巖或泥灰?guī)r在遇水后會(huì)發(fā)生膨脹(Swelling)。膨脹通常表現(xiàn)為隧道底鼓或整個(gè)開挖向上抬升。Plaxis的Swelling Rock Model可用來(lái)模擬巖石的膨脹現(xiàn)象。
7 結(jié)束語(yǔ)
盡管Plaxis初始主要應(yīng)用于土力學(xué)與地基工程，但近年來(lái)在巖石工程應(yīng)用方面也取得了很大進(jìn)步，除了發(fā)展上述本構(gòu)模型外，在原巖應(yīng)力處理(K0-procedure)、隧道開挖(Tunnel Designer)、巖體支護(hù)(embedded beam elements)等方面也作出了非常好的功能。
展開 雙層土邊坡穩(wěn)定性分析出現(xiàn)的問(wèn)題
下面記錄了用Plaxis 2D分析一個(gè)雙層土邊坡穩(wěn)定性(slope stability.p2dx)時(shí)遇到的問(wèn)題以及可能的解決方法。
2 模擬要點(diǎn)
(1) 模型建立。用"創(chuàng)建鉆孔"工具可以迅速建立多層地層模型并設(shè)置材料參數(shù)，這種模型的邊界是矩形，適用于樁基礎(chǔ)和沉降模擬，但對(duì)于邊坡這樣的非矩形邊界不能直接適用。盡管可以使用多邊形修改工具改變成邊坡形狀，但操作起來(lái)非常笨拙，需要不斷地添加點(diǎn)和移動(dòng)點(diǎn)，因此感覺(jué)這種處理方法不好。
因此最直接的方法是對(duì)上下層分別"創(chuàng)建土體多邊形"。還有一種方法是首先把邊坡的外邊界畫出來(lái)，然后使用"剪切多邊形"命令把邊坡模型分割成兩層。當(dāng)使用這個(gè)命令后系統(tǒng)刪除了原來(lái)的Polygon_1，產(chǎn)生新的Polygon_1(Soil_1)和Polygon_2(Soil_2)，目前正在作的這個(gè)例題模型就是使用這種方法產(chǎn)生出來(lái)的。這種方法類似于Rocscience軟件定義的外部邊界和內(nèi)部邊界，更符合巖土工程師劃分地層的思維。
(2) 設(shè)置參數(shù)。最簡(jiǎn)單的設(shè)置材料參數(shù)的方法是返回到“土體”，使用“顯示材料”圖標(biāo)，這將打開"材料集"對(duì)話框，通過(guò)”新建”按鈕輸入材料參數(shù)。當(dāng)然，也可以通過(guò)左側(cè)的“模型瀏覽器”下屬的“土體”編輯材料參數(shù)。當(dāng)兩層土的參數(shù)輸入完成后，通過(guò)拖拉方式賦值給模型，這一點(diǎn)類似于Slide和RS2的操作方式。為了計(jì)算邊坡的長(zhǎng)期穩(wěn)定性，兩層土的排水條件使用了“排干”選項(xiàng)，但Plaxis不能控制非飽和密度和飽和密度的選擇，無(wú)論在什么情況下都必須輸入這兩個(gè)值。感覺(jué)這一點(diǎn)兒處理的不好。在Slide中，如果不設(shè)置地下水位，那么僅使用非飽和密度，自動(dòng)關(guān)閉了飽和密度的輸入，這么處理更合理一些。
(3) 計(jì)算步驟。初始階段生成初始應(yīng)力條件，計(jì)算類型選擇重力荷載，邊坡穩(wěn)定性分析不使用ko過(guò)程。
展開 軟土地層開挖和支護(hù)模擬(Excavation and Support of Soft Soil)---Part 2
(2) 增加Phase_1。Phase 1激活線性載荷，板單元和界面元,這個(gè)階段用來(lái)模擬開挖前的準(zhǔn)備工作。盡管可以使用"Select multiple objects"工具逐個(gè)激活這些分量，但最快捷的方法是在模型瀏覽器中選擇。
(3) 增加Phase_2。Phase 2模擬第一步開挖2m。停用這一層土即表示開挖。
(4) 增加Phase_3。Phase 3模擬安裝支桿。激活支桿即可。
(5) 增加Phase_4。Phase 4模擬第二步開挖8m。停用這一層土即表示開挖。在Plaxis 2D中，當(dāng)停用一個(gè)土層時(shí)，孔隙壓力不會(huì)自動(dòng)被停用。因此在這種情況下，水仍然留在開挖區(qū)域內(nèi)，模擬的是一個(gè)被水淹沒(méi)的開挖。
(6) 增加Phase_5。Phase 5模擬第三步開挖。停用這一層土即表示開挖。
至此完成了所有的計(jì)算步驟。
展開 巖土力學(xué)仿真計(jì)算的高速圖形工作站硬件配置推薦
2) 巖石力學(xué)：
§ 巖石強(qiáng)度：研究巖石的抗拉、抗壓、抗剪等強(qiáng)度特性。
§ 斷裂行為：分析巖石的斷裂特性和裂縫發(fā)展。
§ 巖石動(dòng)力學(xué)：考察巖石的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，包括地震和爆炸載荷下的行為。
3) 地下工程：
§ 地下結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：包括隧道、地下室和地下管道的設(shè)計(jì)和穩(wěn)定性分析。
§ 地下開采：用于礦山開采和坑道工程的支護(hù)和穩(wěn)定性分析。
4) 邊坡穩(wěn)定性分析：研究山坡、河岸等地質(zhì)地形的穩(wěn)定性，以預(yù)測(cè)和防止滑坡和泥石流等地質(zhì)災(zāi)害。
5) 基礎(chǔ)工程：設(shè)計(jì)和分析建筑物和橋梁的基礎(chǔ)，確保它們的穩(wěn)定性和安全性。
重要算法：
§ 有限元法：將巖土體劃分為有限個(gè)單元，然后根據(jù)牛頓力學(xué)定律求解各個(gè)單元的運(yùn)動(dòng)方程。
§ 離散元法：將巖土體劃分為有限個(gè)離散體，然后根據(jù)動(dòng)力學(xué)原理求解各個(gè)離散體的運(yùn)動(dòng)方程。
§ 粒子法：將巖土體表示為大量的粒子，然后根據(jù)粒子間的相互作用力求解粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡。
巖土力學(xué)中常用的軟件：
§ Plaxis：用于地下工程和邊坡穩(wěn)定性分析的有限元軟件。
§ Geostudio：包括Slope/W、Seep/W、Plaxis 2D等模塊，用于巖土和地下水?dāng)?shù)值建模。
§ Phase2：用于地下結(jié)構(gòu)的有限元軟件，特別適用于巖石力學(xué)問(wèn)題。
§ FLAC：離散元法軟件，用于分析巖石和土壤的變形和斷裂。
§ ANSYS：通用有限元分析軟件，可用于巖土力學(xué)和地質(zhì)工程問(wèn)題的建模和模擬。
§ UDEC：離散元軟件，用于模擬巖土的破碎、變形等行為。
§ PFC：粒子法軟件，用于模擬巖土的流動(dòng)、滑動(dòng)等行為。
以下是一些巖土力學(xué)計(jì)算中常用的優(yōu)化方法：
§ 網(wǎng)格劃分優(yōu)化：通過(guò)優(yōu)化網(wǎng)格劃分，可以減少計(jì)算量和提高計(jì)算精度。
§ 算法優(yōu)化：通過(guò)改進(jìn)算法，可以提高計(jì)算效率。
展開 錨索和地下連續(xù)墻聯(lián)合支護(hù)的開挖過(guò)程模擬(Tieback Wall)
2.3 安裝錨索
首先產(chǎn)生三步開挖，第一步開挖至3m, 系統(tǒng)自動(dòng)定義到Sand層的底部；第二步開挖至7m, 第三步開挖至10m；然后安裝錨索，錨索使用非全長(zhǎng)粘結(jié)【全長(zhǎng)粘結(jié)錨桿數(shù)值模型(fully grouted cable bolts) 】，非錨固段使用node-to-node anchor模型，錨固段使用Embedded beam row模型【Plaxis 3D/2D中樁的模擬---Embedded Beam(Pile) Modeling】。最后定義分布載荷。
2.4 劃分網(wǎng)格
在完成上述步驟后，產(chǎn)生的網(wǎng)格如下圖所示。
2.5 計(jì)算階段
這個(gè)項(xiàng)目的計(jì)算劃分為6個(gè)階段。在初始階段后，按順序增加: (1) Phase 1安裝墻和線性載荷。(2) Phase 2第一步開挖。(3) Phase 3 安裝第一層錨索，施加預(yù)應(yīng)力。(4) Phase 4 第二步開挖。(5) 安裝第二層錨索，施加預(yù)應(yīng)力。(6) 最后一步開挖。
3 計(jì)算結(jié)果
下面所示的是最后階段的網(wǎng)格變形圖和主應(yīng)力分布圖。
4 關(guān)鍵步驟
本項(xiàng)目的第一個(gè)重點(diǎn)是如何模擬非全長(zhǎng)粘結(jié)的錨索，非錨固段使用node-to-node anchor模型，錨固段使用Embedded beam row模型；第二個(gè)重點(diǎn)是Van Genuchten關(guān)系式的使用，通過(guò)計(jì)算地下水流產(chǎn)生新的水壓力(孔隙壓力)分布。
展開 軟土地層開挖和支護(hù)模擬(Excavation and Support of Soft Soil)---Part 1
地下連續(xù)墻使用板單元【柔性地基(Flexible footing)板內(nèi)的結(jié)構(gòu)力】，地下連續(xù)墻和土之間的相互作用使用界面元【貫入樁/沉樁(Driven Piles)的有限元模擬；Plaxis 3D/2D中樁的模擬---Embedded Beam(Pile) Modeling】，支桿使用彈簧元(spring element)。
3 材料模型
按照上面的幾何模型建立材料模型。使用“Create borehole”工具產(chǎn)生兩層土，粘土層采用軟土模型(Soft-Soil)，排水類型按不排干Undrained (A)；砂層采用硬化土模型(HS-Small)，排水類型按排干。材料模型的選擇以后作詳細(xì)討論，在此略過(guò)。
使用鼠標(biāo)拖拉可以把材料模型賦值到幾何模型上，這種方法類似于Slide的做法【雙層土邊坡穩(wěn)定性分析出現(xiàn)的問(wèn)題】，還有一種更方便的方法是在“修改土層”窗口內(nèi)拖拉，在早期的程序中(V21以前)，從材料集中把材料拖拉至修改土層中的名稱中即可完成這個(gè)操作。最新版本的程序(從V21開始)去掉了這個(gè)功能，而需要把材料拖拉至左邊的鉆孔中，對(duì)于多層土來(lái)說(shuō)，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)賦值是否出錯(cuò)，因此強(qiáng)烈推薦使用這種方法。
4 結(jié)構(gòu)元模型
本題存在兩種類型的結(jié)構(gòu)元，一種是模擬地下連續(xù)墻，另一種是模擬橫向支桿。地下連續(xù)墻的模擬包括墻體模型建立以及使用界面元模擬墻與土體的相互作用。首先使用“Create structure”工具創(chuàng)建板單元，然后輸入板的材料參數(shù)，最后把材料模型賦值到幾何模型。賦值材料值的另一種方法是在“模型瀏覽器”中設(shè)置，這種方法對(duì)于幾何線性材料的設(shè)置更適合。無(wú)論使用哪一種方法，在下一步進(jìn)行之前，總是使用“模型瀏覽器”檢查模型設(shè)置是否正確。
展開 樁筏基礎(chǔ)的三維數(shù)值模擬(3D Modeling of Piled Raft Foundation)---Part 1
例如:
對(duì)于FLAC3D和3DEC
自重引起的初始應(yīng)力(zone initialize-stresses)
初始條件(Initial Conditions)中的原巖應(yīng)力(block zone initialize)
計(jì)算factor-of-safety時(shí)需要考慮的一些問(wèn)題
對(duì)于Plaxis
PLAXIS 機(jī)器地基動(dòng)力分析---Part I
PLAXIS 機(jī)器地基動(dòng)力分析---Part II
PLAXIS的模擬方法初探 (P1)
軟土地層開挖和支護(hù)模擬(Excavation and Support of Soft Soil)---Part 3
貫入樁/沉樁(Driven Piles)的有限元模擬
Plaxis 3D/2D中樁的模擬---Embedded Beam(Pile) Modeling
在本項(xiàng)目中，我們只設(shè)兩個(gè)施工步驟Analysis > Project setting > [Stages]，第一個(gè)步驟是初始化Initial，第二個(gè)施工步驟是Piled raft foundation。嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，樁和筏板應(yīng)該分開設(shè)置才對(duì)，因?yàn)橄仁┕度缓蟛攀┕しぐ澹鼈儾皇峭瑫r(shí)進(jìn)行的，不過(guò)為了簡(jiǎn)化起見，在此合并為一個(gè)步驟。
(2) 地下水。在本項(xiàng)目中我們考慮地下水Analysis > Project setting > [Groundwater]，由于不考慮地下水的穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)流動(dòng)，因此使用浸水面Phreatic Surfaces，即地下水的靜態(tài)水位。準(zhǔn)確地說(shuō)，應(yīng)指的是地下水位Water Table，這二者本質(zhì)上是有區(qū)別的，Water Table通常指的是最上一層的水位，而Phreatic Surfaces指的是在有隔水層存在的條件下的多層水位。
展開 
