导读:大家好,我是马路寒,仿真秀专栏作者,江湖人称二小姐,专注工程仿真计算。在仿真秀的支持下,《从零开始学midas GTS NX20讲:从软件功能讲解到基坑案例实操》终于快要更新完了!希望对学习者有所帮助。后续还根据订阅用户问题,酌情加餐内容,欢迎朋友们试看和批评指正。
以下来自笔者某粉丝私信提问: ”马老师,我想问下基坑开挖最后远处沉降也很大,不是一个凹槽型,这是什么引起,例如下图,不知道咋调?麻烦马老师解答下。“
明显从先上图看到,沉降槽跟实际情况不很匹配,远离基坑、靠近模型边界位置,竖向位移仍然较大,造成沉降槽形态不很理想。
照例先说结论:出现这种问题的原因,初始位移并未完全重置,也即位移并未实现清零。造成后续阶段把初始位移累计到施工位移中,也即获得的并非我们想要的附加位移。
一、先复习gts的两个概念
1)位移清零:位移清零在GTS NX里面只是将设置了位移清零的阶段的位移重置,从下一阶段开始从0计算位移。位移清零并不能清除应力(想知道怎么清除应力的,请评论区站队~~),如果在设置了位移清零的阶段,模型中存在非线性变形或者存在较大的偏应力时,位移清零阶段之后,即使设置空阶段,仍然会存在位移。
(注意:位移清零只是把该阶段的位移在输出中不统计了而已,并不是该阶段不产生位移。就像存钱一样,30岁(土体所处的当前状态)之后开始一项新的事业(新项目施工),该事业可以带来收益(附加变形),若干年后(若干施工阶段后)要统计这个事业带来的总收益(总的附加变形),则30岁之前已经产生的储蓄都不能计入该收益(是否计入,取决于你自己的财务统计标准),但已有的储蓄并不是不存在或没有发生过,已有的储蓄奠定了你的新事业开始的启动资金有多少(既有土压力场)。)
2)附加位移。土体自重是会产生自固结沉降位移的,但是这部分位移往往并不在我们新项目产生的位移的考虑范围内。由于新项目施工而产生的位移,就是我们这里说的附加位移了。
所以,如果计算得到的附加位移包含了土体自重产生的位移时,就会出现如图所示的结果了。
二、案例验证演示
建立一个开挖类模型,使用修正摩尔库伦模型,设置好参数后,我们按照常规做法设置施工阶段,得到的结果似乎不太理想。
阶段1:初始力场,位移清零 | |
阶段2:隧道开挖阶段 |
验证一下前文所说的结论,也即“出现这种问题的原因,初始位移并未完全重置,也即位移并未实现清零。造成后续阶段把初始位移累计到施工位移中,也即获得的并非我们想要的附加位移。”
验证过程如下:
初始力场,位移清零 | |
位移清零后设置空阶段,仍存在位移 | |
再次设置位移清零 | |
重新设置开挖步 |
从验证过程可见,位移清零后的空阶段,仍旧存在相当大的竖向位移。当我们对这种情况不清楚时,直接设置开挖步,就会得到“该沉的地方不沉,不该沉的地方莫名其妙的沉”这种结果。
那么,为什么会出现这种分析结果呢?我们把相同的参数套用在另一个模型上,计算结果结果对比如下:
常规设置的计算结果 | 修正后的计算结果 |
初始力场,设置位移清零 | 初始力场,设置位移清零 |
无 | 位移清零后的空阶段,仍旧存在位移(可以判断,如果该阶段设置了开挖步,这个位移会直接叠加至开挖步上,造成“这都是开挖造成的位移”)的假象。 |
无 | 重设位移清零(该步骤是为了验证是否真的实现了位移清零) |
设置开挖步 | 设置开挖步 |
但该问题的玄妙之处就在于:
1)有的材料参数,初始阶段设置位移清零,是可以实现完全的位移清除的。但是该组材料参数不行。
该模型的分析参数是这样的,各位也可以套到别的模型上试一试。
当略改动一下参数,重新计算时,又是可以在初始阶段的位移清零时就完全实现清零的。
2)对比开挖之前的三个步骤,土中的应力结果是完全一样的,但是为什么某些阶段产生了位移,某些阶段又不产生位移?
从计算输出来看为什么会出现这种结果,对比两套参数的前后计算输出out文件可见:
初始参数下,模型的初始阶段计算,并未实现真的能量平衡,所以在紧随其后的阶段,继续进行能量收敛法则的满足验证,直到达到平衡为止。所以该阶段重新产生了位移。而调整土体参数后,在每个工况计算下,都实现了一次的收敛,所以后续空阶段都不再产生位移了。
三、写在文后
1)看到这里,有朋友联系我,说收敛是因为参数跟土层条件适配了,假的收敛是因为我设置的参数,实际中不存在这种参数组合。这个说法。。有点过于瞧得起软件了。。软件不具有判断这种情况的功能
,否则机器人就可以统治地球了。
2)上文参数的设定确实是随机的,是我在进行其它项目的测试时,无意中发现的,联想到曾有人问过类似的问题,在之前的工作经历中也曾遇到过类似的问题,所以才做了深一步的分析,并整理成了推文。各位朋友在做分析时,未必会遇到这种情况,毕竟这种参数组合,确实有巧合的成分。但事实上,大部分大家分析中遇到的报错或建模的特定问题,都会有一点巧合的成分,写推文的目的是希望大家在处理这种偶然遇到的巧合情况时,知道有这种巧合存在,并且知道如何处理。
3)上文后半截,改了参数做对比分析,也是随机、随手改的,只是为了验证真的收敛和假的收敛之间的输出差异。毕竟8500前面直接加个1,这是键盘用的最少、最随意的改法了。让人崩溃的是,我测试和分析用了四个小时,推文写了两个小时,强调大家“分析时要尊重原始地质资料”,结果大家关心的仍然只是参数是调大了还是调小了,这……欲哭无泪.JPG
4)关于真假收敛的问题,接到网友举报,啊不,网友提问后,我也做了验证性的测试,并不是参数调大了就一定能收敛,也不是参数越大收敛越好。
5)还有人提到了“考虑激活单元的初始应力状态”这个选项。这个选项确实可以实现位移清零后的空阶段不再有位移,但是,该功能的设置并不是为了这种情况设计的。
这个功能适合填土、填方类项目的分析,用于考虑“在初始阶段未激活,在后续分析阶段中新增的网格组”的初始应力状态。例如大坝的填筑过程:
这个选项就是为了考虑填筑过程中,初始阶段之外激活的坝体的填筑材料的初始阶段。该类分析中,填筑材料有两种力的效应:1)填筑体自身变形。2)重量加到下面的基岩上。该选项针对问题1)而设。需要强调的是,无论是否勾选该选项,填筑材料的自身变形都是被考虑进去的,区别在于,勾选的话,填筑体的部分,只计算线性变形。
所以虽然该选项勾选后,可以解决位移清零后,后续空阶段不再有位移发生的情况,但是并不能实现我们的分析目的。例如,前一篇推文中的基坑案例,勾选该选项后。。。结果是这样婶儿的。。
对比上文设置的增加空阶段的方法的分析结果,我觉得应该还是后者更容易被你们接受吧。。。
照例总结一下:
1)计算结果的失真,有时候并不是模型建模的问题,可能仅仅只是计算步未达到真实的平衡状态;
2)遇到开挖类项目的这种分析情况时,不能单纯的增大或减小参数来改变计算结果的趋势或数值,应分析一下产生该结果的原因是什么再动手调整。
上文中的例子可见,在初始参数组合下,使用原参数,通过多次平衡计算,仍旧得到了相对理想的计算结果。趋势不对,并不代表参数不对。不论大家对数值计算是什么样的态度,仍旧建议大家在做分析时,能够尊重原始地质资料,更多的从“如何优化分析”来模拟实际情况,而不是为了凑设定好的结果,而盲目的调参数来解决问题。
好了,上述叽叽歪歪的这些大道理之外,相信今天的推文也给大家提供了“遇到类似问题时,检查和调整模型的思路”啦~~也欢迎小伙伴订阅笔者原创视频课程。
四、从零开始学midas GTS NX20讲
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(完)