关于初始地应力的探讨 [原创贴] [欢迎讨论] [复制链接]

　　这里不是探讨初始地应力的反演（根据有限的地应力现场测试数据推演整个区域地应力分布），而是在已知地应力分布的情况下如何在FLAC3D中生成初始地应力场的方法及其必要性的探讨。本人刚接触FLAC3D，遇到了许多想不通的地方，望高手能不吝赐教。
　　在陈育民新出版的《FLAC/FLAC3D基础与工程实例》有专门一章讲述初始地应力场的生成及应用，列举了三种生成方法，即弹性求解法、改变参数的弹塑性求解法和分阶段弹塑性求解法，本人的疑问是：
　　在FLAC3D中，生成的初始地应力场即使与真实的地应力一模一样，在后续的加载或卸载（改变了边界条件）中，FLAC3D计算得出的应力是与体力和外力（在边界上）相平衡的，初始地应力不会影响到最终的计算结果，其影响，感觉至多也就在于１、加速了有限差分法的收敛，２、若生成初始地应力时如果使用了弹塑性本构模型，那么可能有部分单元曾达到屈服状态。
　　首先看一下FLAC3D中最为常用的初始化命令-initial　。用它可以给单元设置各个方向的初始应力。所以精确地生成地应力的方法是根据岩体的地应力数值借助FISH语言给每个单元都设定初始应力值，这种方法的前提是真实地应力场已知，在实际工程中难以满足要求。而且，当重新设定了重力加速度及边界条件进行计算后，设定的初始地应力似乎全给抹掉了（初始应力在运动微分方程没有对应项，个人的理解是初始应力是内力，而计算中调整的也是内力）。
　　再看《FLAC/FLAC3D基础与工程实例》中给出的三种方法。根据上述的理解，似乎在计算前生成初始地应力的步骤看不出什么意义。例如，例7.2的源代码为
n
gen zon bri size 1 1 2
model mohr
prop bulk 3e7 shear 1e7 c 1e10 f 15 tension 1e10
fix z ran z 0
fix x ran x 0
fix x ran x 1
fix y ran y 0
fix y ran y 1
ini dens 2000
set grav 0 0 -10
solve
prop bulk 3e7 shear 1e7 c 10e3 f 15 ten 0
solve
plot con szz

描述:原例7.2

图片:Fig7-2-0.JPG

　　若更改为
n
gen zon bri size 1 1 2
model mohr
prop bulk 3e7 shear 1e7 c 10e3 f 15 ten 0
fix z ran z 0
fix x ran x 0
fix x ran x 1
fix y ran y 0
fix y ran y 1
ini dens 2000
set grav 0 0 -10
solve
plot con szz

描述:修改例7.2

图片:Fig7-2-1.JPG

　　得到的结果一模一样（小数点后4位的微小差别忽略不计，数值计算的截断误差都比这个大）。同理将例7.3和例7.9分别更改为下述代码，结果亦不改变。
　　;例7.3
n
gen zone brick size 1 1 2
model mohr
prop bulk 3e7 shear 1e7 coh 10e3 fri 15 ten 0
fix z ran z 0
fix x ran x 0
fix x ran x 1
fix y ran y 0
fix y ran y 1
ini dens 2000
set grav 0 0 -10
solve
plo con sz

图片:Fig7-3-1.JPG

　　;例7.9

newgen zone brick p0 0 0 -50 p1 27.5 0 -50 p2 0 5 -50 p3 0 0 -10 size 8 1 10 group clay  
gen zone brick p0 27.5 0 -50 p1 100 0 -50 p2 27.5 5 -50 p3 27.5 0 -10 ratio 1.1 1 1 size 12 1 10 group claygen zone brick p0 0 0 -10 p1 27.5 0 -10 p2 0 5 -10 p3 0 0 0 ratio 1 1 0.8 size 8 1 4 group soil
gen zone brick p0 27.5 0 -10 p1 100 0 -10 p2 27.5 5 -10 p3 27.5 0 0 ratio 1.1 1 0.8 size 12 1 4 group soilgen zone brick p0 0 0 0 p1 27.5 0 0 p2 0 5 0 p3 0 0 5 p4 27.5 5 0 &
               p5 0 5 5 p6 20 0 5 p7 20 5 5 size 8 1 5 group damfix x y z ran z -49.9 -50.1
fix x ran x -.1 .1fix x ran x 99.9 100.1
fix ymodel mohr ran z -50 0
model null ran z 0 5ini dens 1500 ran group soil
ini dens 1800 ran group clayset grav 0 0 -9.8
hist id=1 unbalprop bulk 7.8e6 shear 3.0e6 coh 10e3 fric 15 ran group soil
prop bulk 3.91e6 shear 1.5e6 coh 20e3 fric 20 ran group claysolve
plot con szz ou on

图片:Fig7-9-1.JPG

从中引出的几个疑问：
1、FLAC3D中给出的初始应力是否当成内力对待？不平衡力是外力与内力之差，体力、边界上的节点荷载是外力，除些之外是否还有其他外力？
2、初始地应力的影响除了上述的两点外，是否还有其他方面的影响？
其次，
3、阻尼力在计算过程中该如何理解？粘滞阻尼力是与速度成正比，当达到平衡时，内力和阻尼力一起与外力相平衡，是否可以理解为阻尼力的存在使内力降低，因塑性变形的增加量大于弹性变形的减小量，而使变形增加？

不规则的，复杂的地层和结构，初始地应力，怎么给出？

如果每一层是有规律的，可以用INITIAL命令，例如
INITIAL szz  30e6 grad 0 0 5e6  range group layer1
INITIAL szz  30e6 grad 0 0 5e6  range z 5 8
如果每一层都是无规律的，则必须借助FISH语言，给每个单元或节点赋予实际地应力值
def InitialGeoStress
       p_z=zone_head
       loop while p_z # null
            z_szz(p_z)=RealValue
            p_z=z_next(p_z)
       endloop
end

怎么没有人愿意回答问题啊？

ziyefeng2015:怎么没有人愿意回答问题啊？ (2012-04-05 15:34) 

2楼的已经说了，对于复杂的未知初始地应力，还是需要软件计算的。

xjq2005:如果每一层是有规律的，可以用INITIAL命令，例如
INITIAL szz  30e6 grad 0 0 5e6  range group layer1
INITIAL szz  30e6 grad 0 0 5e6  range z 5 8
如果每一层都是无规律的，则必须借助FISH语言，给每个单元或节点赋予实际地应力值
de .. (2012-04-05 11:25) 

厉害厉害。值得一看

xjq2005:从中引出的几个疑问：
1、FLAC3D中给出的初始应力是否当成内力对待？不平衡力是外力与内力之差，体力、边界上的节点荷载是外力，除些之外是否还有其他外力？
2、初始地应力的影响除了上述的两点外，是否还有其他方面的影响？
其次，
3、阻尼力在计算过程中该如何理解？粘滞阻尼力 .. (2012-04-04 21:05) 

对于你的问题我的理解是：
1.初始应力可以理解为内力，外力还有空隙水压力，温度引起的应力等。一般情况只有体力和节点荷载。
2.除了一中的情况，暂时不知道还有其他方面的影响
3.可以理解为阻尼力的存在使内力降低；变形增加我认为主要是弹性变形的增加，塑性变形现阶段还不是很明显，而且弹性变形现阶段有减小吗？

能探讨初始地应力的反演吗，很期待这个

不错，不错，初始地应力只能近似模拟吧，必经历史时期的边界条件我们无法得到，只能解决重力场下的初应力，这样应变就有了近似的物理意义了

弹性求解地应力，体积模量和剪切模量说设置大值，设为原体积模量和剪切模量的多少倍合适呢？

10年了，也想向大神请教？