中仿科技geostudio软件SIGMATraining-Basara

仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation中仿科技2012年9月14日何燕云（BasaraHe）仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation仿真智领创新SimulatinginspiresinnovationSIGMA/Wforstress-deformationanalysis仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation数值模拟•什么是数值模拟（数值模型）•正确认识数值分析、软件的作用、分析的目的，不报以不切实际的期望•理解软件的计算原理，对结果有所判断•岩土应力变形分析的难点工程问题本身具有很强的不确定性土体材料本身的特性：本构模型参数边界条件、荷载过程也是动态的仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation“土的本构关系数学模型不下百种，但是到目前为止，还没有一种为人们所公认的，能够准确、全面反映各种土的应力应变关系的数学模型，甚至是否存在这样的模型也是值得怀疑的。”——岩坛漫画第11讲岩土工程中的预测参数的选取，土体材料性质复杂，具有很大的时空变异性，此外它受到取样（制样）和试验手段的限制。原状在取样过程中会受到扰动和发生应力释放，重塑土样，其制样方式、器具、操作程序和量测都是严重影响试验结果。仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation土的力学性质复杂多变，岩土工程问题具有很强的不确定性，目前我们的理论分析、数值计算和勘探试验还远不能精确定量地描述、反映和预测它们。对此应当有清醒的认识，但是正确的理论和有效的方法应当能够揭示土受力变形的基本规律，反映岩土工程中的影响因素及影响范围。Thepurposeofcomputingisinsight,notnumbers.Carter等人于2000年列举了德国岩土工程学会所做的一个竞赛结果。要求参加者预测在柏林深基坑开挖的连续支撑墙的侧面挠曲。在施工期间，用测斜仪对真实挠度做了实测，随后预测结果与实际量测结果进行了比较。•做定量预测；•比较方案；•确定控制参数；•理解过程和训练思维仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation记住真实的世界仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation主要内容•SIGMA/W基本理论和特点应力和应变土的本构模型施工过程模拟接触面单元梁和杆单元•SIGMA/W与SLOPE/W耦合分析•案例操作与讲解–弹塑性地基受力分析•SIGMA/W高级功能固结分析体变分析排水板模拟•案例讲解与操作–软土地基固结分析仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation应力和应变•SIGMA/W基于小应变理论，不适用于大变形分析基本的有限元方程[K]{d}={F}[K]=系统刚度或特征矩阵{d}=节点位移矢量主要的待求解未知量{F}=作用的节点力矢量更准确的表达形式[K]{Δd}={ΔF}{Δd}增量位移{ΔF}增量力仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation增量公式•SIGMA/W基于增量公式•这意味着应用荷载后给出应力改变•应用的荷载产生应变增量,导致应力增量esDD仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation增量公式（续）•SIGMA/W中，求解有限元方程得到应力改变量•应力该变量被加在初始应力上•如果不定义初始应力场，那么仅能得到应力改变量。FromSIGMA/WfiniteelementsolutionosssDexample1仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation土的本构模型•应力-应变关系•SIGMA/W中的本构关系:–线弹性模型–非线性弹性模型(双曲线模型)–弹塑性模型(摩尔库仑模型)–修正剑桥模型仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation土的本构模型—材料参数•总应力–总应力参数;总弹性模量Etotal–Ignoresallpore-pressures•有效应力–有效应力参数;Eeffective–考虑孔隙水压力，但孔隙水压力不随荷载变化;例如碎石土•有效应力/孔压改变–耦合分析，典型的例子如固结仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation施工过程模拟•影响初始应力状态的因素:–自重–地质历史•历史加荷或者卸荷•SIGMA/W原位分析类型用来分析自重应力场初始应力场σv=γhσh=σvKoτxy=zerohHorizontalgroundsurface仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation有效原位应力场vvhvohhhvouuKuKussssssss有效竖向应力有效水平应力总的水平应力Ko应用于有效应力而非总应力仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation仿真智领创新SimulatinginspiresinnovationSIGAM/W原位分析•Ko与泊松比关系•最大Ko=1.0–泊松比不能大于0.51oK仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation有效原位应力场（续）仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation工况模拟•初始应力场--工况变更•荷载、位移边界条件•开挖即移除区域材料•堆载即赋予区域材料仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation练习•SIGMATutorial.gsz•建立初始应力场–Ko=0.667•在初始应力场的基础上，施加水槽压力仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation练习——弹塑性本构模型•因为参数简单，应用普遍•仅需要E、v、c和phi仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation弹塑性地基11234Elastic-Plasticfooting.gsz仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation梁和杆单元•梁单元•杆单元Tie-backwallwithslip.gsz仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation仿真智领创新SimulatinginspiresinnovationSIGMA/W与SLOPE/W耦合分析NXLXRWELERTULUQUR仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation仿真智领创新SimulatinginspiresinnovationSIGMA/W与SLOPE/W耦合分析（续）有限单元法＋极限平衡法SIGMA／W（2007）+SLOPE／W（2007）仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation条块底部应力24TotalStressatElement373,GaussPt.2TotalNormalStress(kPa)30405060708090100110120130TotalShearStress(kPa)-50-40-30-20-1001020304050sxsy45.159-25.043114.9437.102122.99仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation仿真智领创新SimulatinginspiresinnovationSIGMA/W与SLOPE/W耦合分析-原理计算得到的有限元应力被导入到传统的极限平衡分析，每一个单元应力σx，σy和τxy已知，从这些信息，可以计算出每个条块底部中点的正应力和下滑剪应力，过程如下：•已知的每个单元高斯积分点的σx，σy和τxy，可以得到单元中任一点的应力值。对于土条1，找到包含土条底部中点x-y坐标的单元。•计算土条底部中点的σx，σy和τxy。•极限平衡法土条划分已知每个土条底部的倾角。•用摩尔圆计算土条底部正应力和剪应力。•通过计算的正应力来计算可用的抗剪强度。•用土条的长度分别乘以下滑剪应力和可用抗剪强度，把应力转化为力。•对每一土条重复这一系列的处理直到第n个土条。•一旦每个土条的下滑力和抗滑力都求出来以后，这些力在滑动面上积分，稳定系数可以求出，边坡安全系数定义为：仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation安全系数计算•Sr=availableshearresistance–F.Eanalysisprovidesslicebasenormalstress–Oncenormalisknown,wecancomputeshearstrength•Sm=mobilizedshear–FromF.E.analysis26..rmSSFS仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation提示–用线弹性模型计算应力（避免收敛性问题–合理的初始应力场是分析的关键–基本上不应用于天然边坡，因为地应力难于评价。仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation强度折减法•Sig08StrengthReductionStability.gsz282110mDistance-m-20246810121416182022242628303234363840424446485052Elevation-m-202468101214161820仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation强度折减法（续）•Soilisweakeneduntilslope“fails”•Solutionisnon-convergenceorexcessivemovement•StrengthReductionFactor•Requireselastic-plastictypeofanalysis29tantanffcSRFc仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation仿真智领创新SimulatinginspiresinnovationStrengthreductionstability30CaseØ΄c΄SRFFofSBase