Plaxis2D Cable单元创建及其材料性质
1. 引言
Plaxis是一个主要解决土力学与地基工程问题的数值模拟软件，岩石工程模拟一直是它的弱项，不过最近几年Plaxis积极向采矿工程和岩石力学领域发展【Plaxis应用于岩石工程问题的本构模型】，包括在2D V22.2版本中首次引入的Cable bolt单元，目前已经扩展到3D版本。以前Plaxis使用Embedded Beam单元模拟岩石锚杆，新增的Cable单元可以模拟摩擦型锚杆(管缝式锚杆)和灌浆型锚杆，这些锚杆主要在拉伸/压缩状态下工作。本文主要讨论了Plaxis2D Cable单元的几个关键步骤，3D模拟步骤与2D模拟步骤基本相同。 Plaxis在隧道设计器中提供了产生断面的一些工具，不过对于大多数"标准"的隧道断面，可以从FLAC2D【FLAC2D 隧道模型向导 (Tunnel Wizard)】或RS2的隧道设计器中导入。从实践经验来看，如果从FLAC2D导入断面模型，必须控制好断面的点数，否则导入Plaxis2D后由于点数太多导致程序死机，这是Plaxis软件设计上存在的问题。下图所示的是从RS2中导入的隧道模型，比在Plaxis隧道设计器内产生模型更方便快捷。
Cable布置可以直接在Tunnel Designer中创建。首先选择要布置Cable的线段，右击创建"Create reinforcement"，然后修改其属性，从而创建出Cable模型。
主要的属性包括:
(1) 单元类型(Element type)：默认的单元类型是Rock bolt，即以前的Embedded beam单元，可以改变为Cable单元;
(2) 锚杆长度(Legnth);
(3) 锚杆布置方式：选择分布方法，输入锚杆数量。
Cable单元可以设置为弹性或弹塑性，下图所示的是其弹塑性参数，二者的区别在于Strength那一项，如果选择弹性，则不需要输入Strength的参数值。主要输入参数如下：(1) L_spacing: 平面外的锚杆布置间距
(6) Cohesive strength: 粘结强度轴向刚度 E和张力极限N_p,tens控制着Cable的轴向行为，而剪切刚度、内聚强度和摩擦角是粘结特性，控制着注浆环的剪切性能。粘结刚度和强度通常可通过拉拔试验直接测量，或者使用经验关系来合理估算。下图所示的是RS2对应的参数输入。Plaxis的预应力设置是在Calbe下通过"Adjust prestress"来设置的。
本文简要讨论了Plaxis2D Cable单元的创建及其材料性质，这是Cable模拟的基础步骤，目前Calble单元还不能模拟节理的剪切行为，而这是Cable支护节理化岩体一个非常重要的特征。接下来是如何模拟开挖和支护步骤，这需要考虑平面应变问题的三维工作面效应(Deconfinement)以及在什么时候激活Cable单元模拟支护。总之，要精确模拟隧道开挖和支护过程，需要设计一个非常合理和细致的计算步骤。
