（讨论）桩土地应力平衡关键字方法的一些疑惑

寒武纪没有熊

最近浏览论坛的一些关于地应力的帖子，看到了dovely同学发的这篇帖子，给了我一些启发（http://forum.simwe.com/forum.php?mod=viewthread&tid=1126360&highlight=地应力）。里面提到的地应力平衡方法有5种：

（1）Autobalance 自动平衡法

（2）*initialconditions,type=stress,geostatic

（3）*initialconditions,type=stress,file=XXX.inc=inc

（4）*initialconditions,type=stress,input=XXX.csv

（5）*initialconditions,type=stress,geostatic,user

现在我想在这就讨论方法（1）和（2），在讨论之前我自己也用用费康书上第12章的桩土例子做了一些验证和尝试，理解到了（1）方法的具体操作，但同时在用（2）方法时，出现了一些很困惑的问题，在下面我会一一描述下我的尝试和困惑，想大家能给我一些指点，同时对后学的同学有些帮助。

以前也陆陆续续看到论坛上有人说abaqus软件为6.10以上的版本（包括6.10版本）可以实现自动平衡，但当时也没有细致思考，到底如何实现自动平衡。然后有幸看到了这篇帖子，里面比较详细的介绍了在abaqus中如何实现自动平衡，才恍然大悟。

下面会讲到方法（1）和（2）的使用方法，以及我使用这两种方法对模型进行地应力平衡得到的结果进行对比，和我遇到的一些迷惑，我也是初学者，有很多理解不到的地方或者操作方法错误的地方，希望大家能给我指点下。

hth0615

我试着做了一下，我有些模型可以，有些又不行。。。 很奇怪

寒武纪没有熊

望之水fly 发表于 2015-7-23 19:14
你好，我最近也在学习地应力平衡，比较悲剧的是我建立的三维模型，一般第一步总会算不过去。所以想请 ...

1、我也做过很多三维的尝试，也遇到过同样的问题第一步总是容易算不过去，你可以尝试修改下接触设置，设置过盈量等等的修改，最终应该是可以算过去的。我的三维虽然算过去了，但是桩侧摩阻力几乎为0，这是我目前遇到的困难，一直没解决；如果您知道原因希望您能告知我~
2、这帖子中的模型我没有将桩杀死，而是桩土一起平衡，因为我考虑是的在土体固结时情况下桩侧摩阻力的改变，所以才桩土一起平衡。如果你是模拟的桩的贯入等动态情况，那么就要将桩杀死，单独做土的地应力平衡，这时，应该在geostatic分析步设置成失效，同时也将桩杀死，在BC设置中给桩侧土约束U1、U2位移，平衡过后，将接触激活，然后再将桩侧土边界条件杀死失效；
3、方法（4）是我用的比较擅长的方法，但它平衡效果没有方法（1）（2）效果好，大多时候只有e-3数量级，这个时候可以多次导入csv应力文件多次平衡以此来提高平衡效果。同时它和方法（1）还是有点不同的，方法（1）必须选择geostatic分析步，同时选择自动增量，而方法（4）可以选择geostatic分析步，也可以选择general static分析步等其他分析步。如果用方法（4），同时选择geostatic分析步，并选择自动增量，那么就会和我6楼一样的情况了，两种方法混在一起使用了，虽然也能达到平衡，但是这是不是相当于用两种方法同时平衡了呢？

寒武纪没有熊

2、我选择自动增量步Automatic，同样施加体力，在Keywords中删除之前定义的初始应力，提交job后得到U2云图图2.

这种方法即为（1）方法，即为我之前说到的6.10版本之后才有的软件自动平衡方法，它只需要在step中选择geostatic分析步，并设成自动增量步Automatic就好了。如图发现效果非常好，达到e-19数量级。

寒武纪没有熊

第一组对比：

首先以后的我电脑安装的Abaqus版本为6.10版本，建了一个简单的桩土接触例子，模型已上传，是在用的费康书上第十二章中第2个例子稍微改动了下，土体使用摩尔库伦模型，参数见书上。按照书上的操作，在step中建立一个geostatic分析步（注意：这里书上并没有说将这个分析步设为自动增量步Automatic还是固定增量Fix，其实这里应该书上是使用了固定增量步Fix，因为费康书上例子都是6.7版本的，这些版本都只有Fix这一个选项，只有在6.10版本以后才多了自动增量步Automatic，而这个恰是软件实现自动平衡的关键，后面后讲到）。

1、我选择固定增量Fix，同时选择非对称选项，之后在Load中对桩土施加body force体力-8，划分网格，编辑keywords,定义初始应力：*initial conditions,type=stress,geostatic（按照书上的步骤），提交job后得到U2云图图1.见附件图1

从图中可以看出这种编辑关键字定义初始应力的地应力平衡的方法即为（2）方法，平衡效果数量级达到e-09，效果不错。

寒武纪没有熊

3、在做完以上2种尝试后，我有做了下面一种尝试，对方法（2）改动了下，发现一个很奇怪的现象：我选择固定增量Fix，同时选择非对称选项，之后在Load中对桩土施加body force体力-8，在keywords中不加初始应力，提交job后，得到U2云图图3.

可以发现U2位移数量级为e-5，按理说是符合地应力平衡要求的呀，但我这种操作完全就不属于前面所属的任何一种方法，他也达到了类似的平衡效果，这是为什么呢？会不会是因为这个模型特有现象，换一个模型就不会这样呢？

寒武纪没有熊

3、在做完以上2种尝试后，我有做了下面一种尝试，对方法（2）改动了下，发现一个很奇怪的现象：我选择固定增量Fix，同时选择非对称选项，之后在Load中对桩土施加body force体力-8，在keywords中不加初始应力，提交job后，得到U2云图图3.

可以发现U2位移数量级为e-5，按理说是符合地应力平衡要求的呀，但我这种操作完全就不属于前面所属的任何一种方法，他也达到了类似的平衡效果，这是为什么呢？会不会是因为这个模型特有现象，换一个模型就不会这样呢？

寒武纪没有熊

另外，之前我在我还不知道软件可以自动平衡的时候我的操作都是建立geostatic分析步，设成自动增量步Automatic，同时还会在keywords中添加初始应力，一直这么做下来的，将（1）（2）两种方法混在一起使用了，也能达到不错的效果，不知道这是不是错误的，希望有知道的同学指点下。

寒武纪没有熊

第二组对比：

前两次我都是用的施加体力方式，但有时候我们实际情况给出了密度，需要基于总孔压进行分析，那么就得在材料属性中添加密度，在load中添加gravity而不是body force。所以下面的尝试都是在添加gravity上进行的，土的重度设为18KN/m3，桩的密度23KN/m3，在step中建立geostatic分析步：

1、我选择固定增量Fix，同时选择非对称选项，之后在Load中对桩土施加重力加速度-10，划分网格，编辑keywords,定义初始应力：

*initial conditions,type=stress,geostatic

soil-1.soil,0,20,-360,0,0.538           

pile-1.pile,0,20,-230,10,0.538       （这应力是自己根据重度乘以竖向长度计算得来的）

提交作业后得到U2云图图4

寒武纪没有熊

发现用方法（2）好像效果非常差，数量级e-1，其实这里可以说完全没有效果，土体只是在重力作用下发生自然沉降，也就是说在给土体施加重力而不是体力之后，方法（2）在这个模型中完全不起作用，这是我感到非常奇怪的地方。
为什么在keyword中定义的初始应力没有实现平衡呢？是我计算初始应力算错了？还是自己哪里操作不对？有希望有知道的朋友能解答我的困惑。

寒武纪没有熊

2、上面出现这种情况后，我就将step设成自动增量步Automatic，换方法（1）试试，同样删除keywords中的初始应力，提交作业，得到U2云图图5

这里我们发现方法（1）实现了地应力平衡，这样和上面的操作一对比就发现方法（2）有问题，为什么方法（2）不能实现地应力平衡，我的问题出在什么地方？

后期我也做了很多修改和尝试，虽然有些方法可以达到平衡了，能满足模型需要，但我还是想搞懂以上的一些问题，希望大家能给我一些指点，也欢迎大家来探讨下~

望之水fly

寒武纪没有熊 发表于 2015-7-22 20:56
第一组对比：首先以后的我电脑安装的Abaqus版本为6.10版本，建了一个简单的桩土接触例子，模型已上传，是 ...

    你好，我最近也在学习地应力平衡，比较悲剧的是我建立的三维模型，一般第一步总会算不过去。所以想请教下，用第一种方法时，有用model change功能把桩杀死吗？若用了，那在geostatic分析步中桩土接触面的边界条件如何呢？
    其次，法4是先在geostatic分析步中施加重力荷载，导出地应力，然后建模导入；这样一来，新建的模型和法一相比不就多了一步导入地应力啊，两种方法怎么会一样的效果呢？不知道我有没有描述清楚，啊好多疑问啊！

ArGaskii

我想问楼主，你的材料是均一的吗？判断地应力平衡结果好坏的指标是只有位移吗？应力或者位移出现比较好的分层是不是也是评价的指标之一？
按照你的标准，如果第一次地应力做出来位移偏大的话，跟着连续再做几次看看是不是会好点了？

楼主你的第3种方法和第1种方法本质策略是一样的。只不过是解方程时选择的方法不同而导致的结果差异

个人愚见。

寒武纪没有熊

ArGaskii 发表于 2015-7-23 22:45
我想问楼主，你的材料是均一的吗？判断地应力平衡结果好坏的指标是只有位移吗？应力或者位移出现比较好的分 ...

你好，1、我的材料是均一的，桩周土与持力层土都是一样的/2、地应力平衡结果的好坏标准我其实也不太清楚，只是通过自己在论坛的学习了解到，大家好像判断地应力平衡的标准主要还是看竖向位移，再工程上竖向位移数量级达到e-4级就够了，当然能越小越好；您说的应力和位移出现较好的分层我想应该也是指标之一吧，如果做地应力平衡竖向位移数量级很小，同时位移应力分层，这当然是最好的效果啦。但我做了很多例子时，也经常碰到竖向位移数量级达到要求了，但是应力或位移并不分层，我也就凑合着忽略掉没有仔细的思考，不知道这样的结果是不是不太符合要求，希望您能给我指点指点。3、您说第一次地应力做出来位移偏大多做几次是什么意思呢？我只知道方法（4）可以连续多做几次以此来达到较好的平衡效果，但我在这个帖子里主要用的就是方法（1）（2），它俩也可以连续做几次？如果操作呢？求指导。4、方法（3）我没有使用过，但经过你的提醒，我觉得方法（4）和方法（1）本质策略应该也一样吧?但方法（4）效果没有（1）好……

望之水fly

望之水fly 发表于 2015-7-23 19:14
你好，我最近也在学习地应力平衡，比较悲剧的是我建立的三维模型，一般第一步总会算不过去。所以想请 ...

因为我是初学者，现在还停留在能不能运行上，还没关注过桩侧阻力。另外，可以加你QQ再请教你几个问题吗，因为我还是算不过去第一步。谢谢啦

ArGaskii

寒武纪没有熊 发表于 2015-7-24 10:30
你好，1、我的材料是均一的，桩周土与持力层土都是一样的/2、地应力平衡结果的好坏标准我其实也不太清楚 ...

如果土层分层均匀，边界条件对称，自然希望最好的结果就是位移与应力都分层。
但是地应力分析步比较傲娇，不说太复杂的地质条件了，即使土层几何形状出现较大不规则型，都很有可能会不收敛，或者效果很差。

以前看版主的帖子有说过，多做几次地应力平衡，就是在体力/重力作用下后面多加一两个geostatic的分析步，原理不明确。不过后来我都习惯于直接加初始应力场。。

hth0615

楼主能上次 竖向的应力云图看看吗？ S33

ahfyzhang123

说了两句吧，首先采用摩尔库伦模型，其矩阵是非对称的，必须使用非对称求解器！其次桩土相互作用，假如用无厚度接触单元的话，则必须打开大变形开关！否则地应力平衡时不对的！即使平衡的效果很好，也是不对的！

寒武纪没有熊

ahfyzhang123 发表于 2015-8-14 09:49
说了两句吧，首先采用摩尔库伦模型，其矩阵是非对称的，必须使用非对称求解器！其次桩土相互作用，假如用无 ...

非对称求解器我是一直都打开着计算的；请问下为什么要打开大变形开关呢？地应力平衡这一步应该是只有小位移，没必要打开大变形开关吧？您是说针对摩尔库伦模型才需要打开大变形开关还是说其他的本构模型也需要打开？

寒武纪没有熊

hth0615 发表于 2015-8-13 19:47
楼主能上次 竖向的应力云图看看吗？ S33

我做的是二维模型，没有S33应力云图，我待会儿把我这个例子的模型上传，感兴趣可以下来下来试试，我觉得这地应力还真的挺有意思的，虽然我现在还是没搞懂