大白话式的关于地应力的心得和疑惑

cy2008

先说为什么要施加地应力：
1、我们所建立的几何模型一般和工程实际情况或尺寸相对应、相一致，比如边坡几何模型和实际边坡尺寸一致，但我们可以夸张一点想像，实际边坡应是由一个更大一点或更高一点的不受重力的初始边坡在n年前突然受重力和类似目前的边界条件作用下逐渐形成了今天的尺寸大小，n年前受重力和类似目前的边界条件作用之前边坡的尺寸大小，我们不得而知，如果能准确知晓，我们就可以建立一个那时的几何模型，再施加重力和边界条件进行计算，变形后形状和现状边坡形状一致，其内力也就是初始应力场或地应力，就不用专门去施加地应力了，但问题是我们不能知晓边坡受力前的形状尺寸，我们现在的几何模型就是边坡现在的实际尺寸，受力后将会变成一个更小的或与现状不一致的边坡，这不符合我们模拟现状边坡的目的。如果我们知道现状边坡的内力，将其提取出来作为几何模型的内力，再和外力（重力）平衡，则我们建立的模型才能算和实际模型一致。真实地知道现状边坡的内力是很难的，我们采取的办法是，用我们所建立的几何模型施加和实际模型一致的重力和边界条件进行计算，得到变形后或变得更小或与现状边坡不完全一致的边坡内力近似的作为现状边坡的内力，并重新将其施加于与现状边坡一致的几何模型，再施加重力（当然边界条件也应基本一致）以平衡，这样才算建立了与现状模型基本一致的模型，其下的计算才成为可能。这就是所谓“地应力平衡”的含义、目的、作用。
2、地应力平衡中的外力和内力的问题，地应力平衡中，显然，重力是外力，应力场是内力，仅有外力重力，没有内力是不可能的，同样，仅有内力（专指初始应力场）而不受重力也是不可能的，否则，整个体系的力不会平衡。这就是为什么我们将提取出的内力施加于几何模型后必须再施加重力的原因。为的是内力和外力平衡。
3、地应力场的方向问题，有网友在论坛里问，既然重力是向下，为与重力平衡，那应力场的方向是不是向上呢，这同样是我开始接触abaqus的疑问，相信很初学者也有这样的疑问，我的理解是内力是没有向上、向下或者向其它方向的概念的，内力只有拉力或压力或剪力之分，其方向也按是拉是压是顺时针或逆时针而分，内力往往都是成对出现，如地应力场中的应力以压应力为主，取一个微元，则压应力同时出现在向下和向上，你能说地应力就是向上，与重力反向吗？
不怕各位笑话，以上几点在高手看来是很简单的问题，却是我经历了漫长而艰辛的摸索才得到的，今天也写给初学者，不要再走我的老弯路了。
再说说我现在的疑惑，望高手不啻解答
1、以上所述初始地应力的模拟，其内力大小是否与弹性模量、泊松比，摩尔库仑模型中c、φ等值有关，还是只与重力大小有关。
2、如采用摩尔库仑模型，摩尔库仑模型只代表土的一个屈服准则，其c、φ也只能算是屈服方程的一个参数。abaqus有限元计算中是否在土体屈服前按弹性计算，而根本用不上c、φ值，在屈服后是否按塑性计算，也用不上c、φ值，c、φ值是否仅作为一个屈服判据使用？
3、弹塑性有限元计算中，单元刚度矩阵，似乎仅与弹性模量、泊松比和当前应力水平有关，那在土的有限元计算中，采用摩尔库仑模型时，c、φ值又起何作用呢？
4、无论弹性还是弹塑性单元刚度矩阵都与弹性模量有关，是否弹性模量的取值对计算结果影响很大呢？如是，那土体中的弹性模量又如何谨慎取值，才能保证计算的可靠性呢？
本人水平较差，望网友详细解答,在下将不甚感激。

lzq6666oopp

兄弟确实考虑的很详细！
你上面的第一点，我是在学初始地应力场的反演时才体会到的。
第二点，也是稀里糊涂但在论坛上和几位高手讨论后后才清楚的。
第三点，我觉得我们也搞不清楚在用inp文件倒入abaqus时软件是怎么让内外力平衡的，好像一个黑箱子，因为用inp文件倒入的一般为单元形心点处的内力，估计软件也要将该力外插到积分点上和重力产生的应力平衡？不得而知啊。确实没有向上或者向下的概念了。

至于你的问题：
1 要产生内力，肯定和密度、材料均相关啊，我认为，
2 c、φ不仅和判断是否进入塑性有关，塑性应变计算也要用到啊。
3 弹塑性刚度矩阵和c、φ叶相关阿。
4 弹性模量的取值肯定是和你实际的参数相关啊，怎么能猜着取呢？

一点拙见，又不对的地方大家一定指出啊。 :)

lzq6666oopp

兄弟考虑的怎么样了？

cy2008

谢谢lzq6666oopp 的热情回复。
如按对几何模型计算一次后，提取其内力作为模型地应力场（XXX.XXX文件输入方式），我个人认为初始地应力场除与材料密度、重力有关外，还应与如弹模、泊松比及c、φ值等有关，但不明白其中的道理。
其实学abaqus最疑惑的是土的有限元在其中是如何进行运算的，是如何利用各输入参数的，也即其计算步骤。对弹性有限元，我大致清楚其过程是：提取各单元节点已知的和未知的节点荷载、节点位移，按单元类型建立总体刚度矩阵，求解线性方程组，再根据节点位移和节点荷载求解应变、应力。对塑性问题呢，特别是对土，如何求解呢？很疑惑。
为搞清这些问题，正努力学高等土力学、有限单元法等，很艰辛。渴望网友直白的回答，走点捷径。

lzq6666oopp

对，还是应该多学学塑性力学呀，不过商业软件只能大概清楚其起算过程，具体的计算是个黑匣子啊，我们不可能清楚地

niche

建议看《土工原理与计算》河海大学 钱家欢著 你说的问题能得到解答 三言两语说不清

lzq6666oopp

:) 最近做了几个例子，再补充一下：
aba中初始地应力场平衡一般在表面水平的情况下仅仅和密度相关，密度一样的话平衡的结果很好，别的参数改变之后经过计算，差别很小

表面不水平的情况则最好通过文件导入初应力的情况进行平衡。

一般来讲，表面不平的时候有很多因素造成误差很大。

guanseu

这个帖子对我的帮助真是太大了，把我几天的疑云一扫而光了，猛赞！！！！

shaoguanhui1984

非常感谢楼主深入浅出的解释,受教不少

liliyang_tju

这个帖子对我们这些初学者真的很有帮助啊
多谢楼主为我们解决问题
论坛的目的达到了
大家互相交流
共同进步

yeoo111

先顶一下
to lz
第一点我是最近几天思考自发明白的
第三点受教 ，参考一下，因为没有查证，不敢继续
第二点我想和你还有lzq讨论下
假如三维有限元模型地基的地应力通过实测资料回归模型而成
你让他们怎么平衡？？？地质构造力不好确定确定吧
我的想法是
http://www.simwe.com/forum/viewt ... eid%3D68#pid1302802

希望能行得通

ashawn

哈哈 :)

ashawn

:) :)

qiao_david

关于内力方向的困惑的问题，个人认为，内力产生的原因是由外力导致的，这就是为什么很多研究都研究力的传递过程。既然内力是由外力产生的，那么某点的内应力就应与传到该点的外力是相互作用力，自然是大小相等，方向相反，当我们把结构体所受的内力提出来，当作外力又作用于结构体上，那它自然的就与重力相平衡了。由于有限元的局限性，不可能完全平衡，所以虽然进行了应力平衡，但仍有一定的变形，只要变形的数量级较小，在工程上可认为消除了初始变形了。

2005hsw

有限元的局限性是不是类似袁驷讲的有限元少了固端解呢，有限元在加上一个积分修正项就可以等于精确解了/

fzyt

偶私下认为：岩土初始应力和材料重力、弹性常数有关，和强度参数无关。

chenguobing137

对地应力的平衡，我也事疑惑了很久，作为初学者我觉得这个帖子收益匪浅啊，非常感谢啊！

wydyyh

谢谢楼主，有很大收获

9945016

谢谢楼主

wxlgowhu

感谢楼主分享！就地应力平衡后不产生位移的原因我说说个人拙见：我通过计算的结果来看，加了地应力而不加重力的话，地基是会回弹的，个人认为，在ABAQUS里面，地应力平衡给的是一个初始应力，是作为是否产生位移的一个界限。程序通过判断是否超过这个初始应力来确定是否产生位移。当只有重力作用下，单元产生的应力等于初始应力，就不会产生位移。当外界荷载产生的应力超过了初始应力就会产生位移，否则不产生位移。如果将平衡地应力时的地基密密度减小，地基还会会弹。