地應力的案例
有限元特輯II 初始地應力平衡
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。
展開 ANSYS地應力平衡方法
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?，F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。
展開 關于ANSYS中初始地應力施加方法的介紹
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。
展開 ABAQUS地應力平衡
對于涉及開挖、填充的動態巖土工程問題，初始應力場是正確模擬其施工過程的先決條件。初始應力的加載必須滿足地應力平衡，而地應力平衡其實就是為了使數值模擬獲得一個存在初始應力，而無初始應變的狀態。當考慮自重場是產生地應力場的主要因素時，顯然重力是外力，初始應力場是內力，將提取出的內力施加于數值模擬后再施加重力，是內力和外力平衡，從而獲得較精確的沒有受到人為因素干擾情況下的數值模型的初始狀態。
在 ABAQUS 有限元軟件中，提供了 5 種定應力平衡方法，這里我就比較常用的，使用比較普遍的一種進行講解。用的例子還是上節ANSYS的例子。
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1.
1、將模型導入ABAQUS中。
2、創建靜力荷載步
3、殺死柱子單元
4、施加約束（四周施加法向連桿約束，底部施加全約束）
5、施加自重荷載
6、提交計算
7、查看后處理結果
豎向位移
豎向應力
8、應力場輸出
9、在工作目中找到stress_out.rpt文件
10、經過格式的轉化（文件的后面不要有空行）
11、在之前的inp文件中Step-1前面加上*Initial conditions,Type=stress,Input=stress_in.rpt這句命令，記得一定要把stress_in.rpt放在工作目錄里面。
展開 
地應力平衡方法以及注意事項
注意：只有采用彈塑性本構模型時需要地應力平衡，彈性本構不需要地應力平衡！
第一部分 地應力平衡方法簡介
地應力平衡主要有五種方法：
（1）自動平衡：第一步創建分析步geostatic ，這種方法注意只能在第一步只能有土和重力的情況下能使用，有其他部件或者接觸時計算不能收斂，效果是最好的，方便簡單！
（2）*initial conditions,type=stress,geostatic
該方法需給出不同材料區域的最高點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,表面大致水平,地應力平衡的好壞一般只受巖體密度的影響,無論采用彈性或彈塑性本構模型都能很好的達到平衡,可以不必局限于僅受泊松比的影響,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。計算速度快,收斂性好。缺點就是不能夠很好平衡具有起伏表面的幾何模型,需知道平整后模型的上覆巖體自重。
高版本在CAE里也能操作
用計算器算出每個分界面上的應力和坐標對應填入，也比較方便 不需要修改關鍵字
（3）*initial conditions,type=stress,geostatic,user
導入ODB里的方法，也比較簡單，高版本可在截面上操作，不需要修改關鍵字
你放入ODB后，填入第一步不需要填名稱 就是1 ，增量步就是你第一步計算的最后一個增量步
（4）*initial conditions,type=stress,input=FileName.csv(或inp)
該方法中的文件FILENAME.INP獲取方法為:首先將已知邊界條件施加到模型上進行正演計算,然后一般是將計算得到的每個單元的應力外插到形心點處并導出6個應力分量(也可以導出積分點處的應力分量,視要求平衡的精確程度而定)。
展開 地應力反演相互合作交流
地應力反演依據工區測點地應力數據反演應力場，可以相互交流合作。
abaqus 劍橋模型 地應力平衡 樁體貫入 靜力通用 ￥9.9
地應力平衡算不過去：1、檢查材料參數是否正確。2、可選擇在平衡分析步中約束全部土體，在隨后的分析步中取消激活。采用靜力通用分析步 劍橋模型模擬樁體入土的過程
地應力平衡采用地應力分析步
cae文件如下
有限性元特輯II 初始地應力平衡兩種方法（實例）
11.修改關鍵字，為模型定義初始應力場
1，手動添加關鍵字法
將原來的CAE模型另存為soil2.cae，選擇菜單Model→Edit keywords,在*STEP語句之前添加以下語句：
*initial conditions,type=stress,input=soil.csv
修改前
修改后
12. 重新建立Job,提交分析
注意， 初始應力場文件soil.csv應該和新建的INP文件位于同一個路徑下。
看地應力平衡的結果
注意， 初始應力場文件soil.csv應該和新建的INP文件位于同一個路徑下。
可觀察到，初始狀態下（0時刻）， 模型就具有了一個初始應力場，這個應力場與上一個未加初始地應力的分析步結束時刻的應力場完全相同。
上面就已經完成了初始地應力平衡 ，接下來可以添加其他分析步（例如普通的靜力分析步Static，General），定義接觸和實際的荷載，并去掉前面第一步中臨時邊界條件。
Remark：也可用UltraEdit 處理CSV文件，而不選用EXCEL。唯一區別是，EXCEl有行數限制，當n>65536時，不能載入全部文件內容。
方法II
同樣分兩個步驟：
1.自動地應力平衡。
2.讀取ODB文件結果定義初始應力。
同樣形式如下：
精力有限，不想詳述~
總結
初始地應力平衡，在巖土工程等中，非常重要與關鍵，需給予足夠重視。當然，本教程足夠簡單，更深的問題未涉及~感興趣的，請查閱相關資料！
(建議有個草稿箱，剛剛出錯，內容全沒了……）
小哥原創，轉載請注明出處 本人郵箱 xingwjin@sina.com
展開 基于LS-DYNA的地應力作用下巖石爆破裂紋擴展模擬-限時優惠 ￥49.9
模擬論文發表在SCI期刊Mechanics of Materials，新版中科院分區大類一區，論文內容為地應力作用下巖石爆破裂紋擴展模擬。
論文首頁
各向同性地應力作用下爆破裂紋擴展模擬
各向異性地應力作用下爆破裂紋擴展模擬
ABAQUS地應力平衡（standard）-告別笨拙的導入法 ￥5
此帖僅講述ABAQUS/standard中的地應力平衡，explicit大變形的地應力平衡另開貼。
該方法適合絕大多數問題，同時也分享一些小技巧
以下通過預埋管樁軸對稱模型講解具體實現：
土體高10m(頂面y=0,底面y=-10)，土體浮密度0.65g/cm3，網格單元為CAX4R。
模型圖
結果分析：
重力平衡后，土體沉降在1×10-5左右，豎向應力分布準確，效果良好。當然，如果花時間優化模型，可以獲得更好的平衡效果。
關于在flac3d里設置初始地應力的討論(轉帖)
SimWe仿真論壇
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2 、對于均質材料施加有梯度的應力
如工程接近地面，則不能忽視應力隨深度的變化，當然，也要考慮重力。在合理的邊界條件下（如固定底部，側邊為滾動邊界），通過一般幾百步左右的計算，模型的自重應力和所施加的重力會達到平衡。不過，并不一定要進行這種計算。較好的方法是賦予初始內部應力，這種應力能滿足平衡以及重力梯度的要求。
其中，grad= ρg ，而內部應力還需和施加應力的邊界上的邊界應力一致。
所舉的例子表明重力方向的初始應力及梯度應與重力場一致，其他兩個方向則在不破壞屈服準則的前提下可以取任意值。
論壇;XX[ hk.l2pG
討論：|Simwe.com|仿真|設計|有限元|虛擬儀器 Y)Af
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從flac3d說明里看到，在具體條件不知的情況下，初始地應力在某種程度上成為了人為規定的東西。
總結原始數據缺乏時的初始地應力輸入原則為：重力向應力與重力場對應，按梯度計算出的結果與所施加的初始邊界應力條件一致；其他方向的應力場輸入時應注意量值不應過大，防止模型產生塑性流動，邊界條件或者采用apply 命令賦予與初始應力值一致的應力值，或者用fix 命令直接搞定。
展開 
網上找的別人的心得-地應力平衡方法
：）這個功能讓基坑開挖、隧道開挖等的初始應力，開挖后的殘余應力很好的顯示；也可以很好的模擬鐵路設計中的工后沉降的概念，在地應力平衡后，加上荷載所得沉降即為工后沉降；也很好的模擬了樁土復合地基的問題，如果沒有初始應力的模擬，使土對樁產生了擠壓應力，從而通過設定摩擦系數就可以模擬了樁與土之間的摩擦力；除此之外，在進行擋土墻計算時也需要ABAQUS的這項功能，反正很多都用得著。
希望我的建議能幫助初學者（其實我也是初學者，呵呵）很快掌握這個技巧。
ABAQUS油氣開發相關地質力學分析的地應力平衡方法
地應力平衡分析是基于ABAQUS有限元平臺進行巖土分析時特有的操作。
本文就基于油氣鉆采過程中幾個常見案例介紹了地應力平衡的方法
不局限于這幾個模型，以后想到什么模型或者您需要什么模型都可以告訴我幫您更新
一、井壁穩定平面應變模型
二、井壁穩定3D薄層模型
三、地層沉降軸對稱模型
四、地層沉降和穩定性分析厚層3D模型
五、海底滑坡3D模型
六、套管+地層的井眼完整性分析模型
詳情見https://www.yqgqt.org.cn/college/video/c14877
APDL地應力平衡 ￥8.9
APDL地應力模型，將樁的單元殺死后對土壤施加重力加速度，命令流見附件
煤礦開采/生死單元/地應力平衡/ABAQUS/基坑開挖/隧道開挖/摩爾-庫倫模型等 ￥300
本教程以煤層開挖過程為例，在ABAQUS中建立仿真模型，結合地應力平衡、生死單元（Model change）、 Mohr-Coulomb 模型等開展仿真分析。
仿真模型可用以分析煤層開挖過程中的巖體變形及破壞情況，地應力平衡、生死單元功能可拓展用于基坑開挖、巷道開挖、隧道開挖等工程分析。
詳細設計及操作過程請下載附件，附件內包含2維開挖模型，3維逐步開挖模型，3維逐層開挖模型等3種模型源文件，學習過程中若存在問題，可詢2923247172@qq.com。
