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1、*,初始地应力场的生成及应用,*,学习内容,常用的初始地应力场生成方法常见工程初始地应力场的生成路基施工过程的模拟,*,4.1 初始地应力场生成方法,在土木工程或采矿工程领域中，初始地应力场的存在和影响不容忽略，它既是影响岩体力学性质的重要控制因素，也是岩体所处环境条件下发生改变时引起变形和破坏的重要力源之一。因此，要想较真实地进行工程模拟仿真，必须保证初始地应力场的可靠性。初始地应力场生成的主要目的是为了模拟所关注分析阶段之前岩、土体已存在的应力状态。本章介绍FLAC3D中初始地应力场的生成方法及应用。,*,在FLAC3D中，初始应力场的生成办法较多，但通常用的是以下三种方法，即弹性求解法、
2、改变参数的弹塑性求解法以及分阶段弹塑性求解法。下面将以下表所述简单模型为例。,*,4.1.1 弹性求解法,初始地应力的弹性求解法生成是指将材料的本构模型设置为弹性模型，并将体积模量与剪切模量设置为大值，然后求解生成初始地应力场。例4-1叙述的是采用该法生成上述简单模型的初始地应力场的过程。命令流：见4-1.dat,*,*,*,从地应力场的应力云图。从图中可以看出，模型底部zz=40kPa，xx=yy=21.54kPa，这与采用公式zz=yz(z为土层深度)、xx=yy=kzz的计算结果基本一致。此法常用于浅埋工程和地表工程数值模拟时的初始地应力场生成，因此类工程的初始地应力场主要是由岩、土体在
3、自重作用下产生的。此外，由于是弹性求解，在体系达到平衡时，岩、土体中并未有产生屈服的区域。,*,4.1.2 更改强度参数的弹塑性求解,该方法是指求解过程中始终采用塑性模型，但为防止在计算过程中出现屈服区域，将粘聚力和抗拉强度设为大值，计算至平衡后，再将粘聚力和抗拉强度改为分析所采用的值计算至最终平衡状态。例4-2叙述的是采用该方法生成一个简单模型初始地应力场的过程。计算条件中，除采用例4-1所列参数外，增加表4-2所列土体强度参数。,*,注:粘聚力与抗拉强度栏中，括号内值为更改参数前求解的设定值,ngen zon bri size 1 1 2model mohrprop bulk 3e7 sh
4、ear 1e7 c 1e10 f 15 tension 1e10fix z ran z 0fix x ran x 0fix x ran x 1fix y ran y 0fix y ran y 1ini dens 2000set grav 0 0-10solveprop bulk 3e7 shear 1e7 c 1e3 f 15 ten 0solveplo con sz,*,*,此法与前述弹性求解方法的不同之处在于，计算达到最终平衡时，岩、土体中可能有产生屈服的区域。相对而言，此法生成的初始地应力场要比弹性求解方法生成的要合理一些，因为在实际工程中，即使是在初始地应力场作用下，岩、土体内部存在屈
5、服区域也是有可能的。,*,4.1.3 分阶段弹塑性求解法,该方法是分成两个阶段求解:首先，程序自动将模型所有组成材料的粘聚力和抗拉强度分别设置为较大值，进行弹性求解，直至体系达到力平衡状态，接着将粘聚力和抗拉强度重置为初始设定值进行弹塑性阶段的求解，直至体系达到力平衡状态。该方法只适合计算模型采用MC模型的情况。,*,ngen zone brick size 1 1 2model mohrprop bulk 3e7 shear 1e7 coh 10e3 fri 15 ten 0fix z ran z 0fix x ran x 0fix x ran x 1fix y ran y 0fix y r
6、an y 1ini dens 2000set grav 0 0-10solve elasplo con sz,*,*,应用实例,地基计算深度为50m，分为两层，上部为回填土，厚度为10m，下部为粘土，厚度为40m；路基计算宽度为200m，填筑高度为5m，坡度为1:1.5。要求分析路堤填筑后土层的应力、位移状态。各土层物理、力学参数如下表所示。,*,*,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
7、 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 soilgen 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 dam,
