【2017年整理】PLAXIS注意点

【2017年整理】PLAXIS注意点 汕头大学王艳峰整理 一(输入前说明 1. 在平面应变里，由指定位移计算所得的力，是平面外单位长度上的力(z方向，见图)。轴对称分析计算所得的力(力-X，力-Y)，是作用于对角弧度为1的圆弧边界上的力。因而，要得到与整个问题对应的力，这些分力应当乘以因子2π。轴对称分析问题的其他计算结果，是按单位宽度而不是按单位弧度给出的。在所有输出数据里，压应力(包括孔隙压力)和压力设为负值，而拉应力和拉力设为正值。 二(输入前处理 1. 平面应变模型，适用于断面(大致)均匀的几何形状，其中垂直于断面( z-方向)一定长度上的应力状态和加载机制是相同的。z 轴方向上的位移 和应变设为零。但是，完全考虑了z 轴正应力。 轴对称模型，适用于径向断面(大致)均匀的圆形结构，加载机制围绕 中心轴，设沿任意径向的变形和应力状态一致。注意:轴对称问题的x 坐标表示半径，y 坐标对应于对称轴线。不能使用负x 坐标值。 选择平面应变或轴对称，意味着二维有限元模型的每个节点，只具备2 个平移自由度(即x-和y-方向)。 2. 板用来模拟地层中的细长形结构对象，具有相当的抗弯刚度(或弯曲刚度)和轴向刚度。板可以模拟沿z方向延伸的挡土墙、板、壳体或衬砌的影响。最重要的参数是抗弯刚度(弯曲刚度)EI 和轴向刚度EA。 由以上两个参数可以用下式计算出板的等效厚度deq : 3. 土工格栅是具有轴向刚度而无弯曲刚度的细长形结构。土工格栅只能承受拉力，不能承受压力。该类对象一般用来模拟土体的加固作用。和点对点锚杆相组合的土工格栅，可以用来模拟地层锚杆。在这种组合情况下，土工格栅用来模拟锚杆的锚固段，而点对点锚杆用来模拟锚杆的自由段。 4. 用界面单元可以研究结构对象(挡土墙、板、土工格栅等)和周围土体之间充分的相互作用。可以使用一个加号(+)或减号(-)，来标注沿同一条几何线上可能出现的两个界面。这里的加减号仅仅是为了区别不同界面，并没有什么物理意义，对计算结果也无影响。 5. 点对点锚杆:点对点锚杆是用两点之间的一根弹簧来模拟的。一个点对点锚杆，是用一个常轴向刚度的弹簧来模拟的，它具有两个节点。该单 元既可受拉也可受压。最大拉力和压力受破坏荷载的限制。这些属性可以在锚杆 的材料数据库里输入。在计算阶段把分步施工作为荷载输入，可以激活或关闭点对点锚杆，或施加预应力。 6. 锚锭杆是用一端固定的弹簧来模拟的。。应用锚锭杆可模拟板桩墙支撑(或支柱)。锚锭杆必须总是和现有的几何线相连，但不一定必须连接到现有几何点位置。锚锭杆用一个转动某一角度的T表示( —| )。所绘图形T的长度是任意的，并不具有任何特定物理含义。默认情况下，锚锭杆位于正x-方向，即在 x，y-平面内的转角为零。双击图形T的中部，弹出锚杆属性窗口，通过它可以修改锚杆在x，y-平面内的方位角。定义该角正向为逆时针方向，即由正x-方向转向y-方向。另外，可以在属性窗口输入锚杆的等效长度。该等效长度定义为，连接点到假想位移为零的锚杆底端之间的距离。 7. 每个界面有一个‘虚拟厚度’，是用来定义界面材料性质的假想尺寸。虚拟厚度等于虚拟厚度因子乘以平均单元尺寸。平均单元尺寸取决于二维网格生成的整体粗疏度设置。虚拟厚度因子的默认值为0.1。 8. (1)排水性状:该设置不产生超静水压。很明显，它适用于干土，以及由于高渗透性(砂土)和/或缓慢加载的完全排水条件。该选项也可以用来模拟长期岩土性质，其中不需要模拟不排水加载和固结的精确历史。(2)不排水性状:该设置用于研究超静水压的完全发展过程。由于低透水性(粘土)和/或快速加载，孔隙水渗流有时可以忽略。 所有定义为不排水的类组都是不排水的，即便该类组部分或全部在水位 以上。注意，要输入有效的模型参数，即E′ 、v′ 、c′ 、? ′ ，而不是 Eu 、vu 、cu ( ) u s 和u ? 。除土骨架的刚度和强度，PLAXIS 增加一个水的体积压缩刚度，并区分总应力、有效应力和超孔压。 这里， Δp 是总平均应力的增量， Δp′ 是有效平均应力的增量， w Δp 是 超静水压的增量。B 是Skempton B 因子，表示超静水压增量与总平均应力增量的比例。u K 是不排水体积模量， K′ 是土骨架的体积模量， w K是孔隙流体的体积模量，n 是土体孔隙率，而v Δε 是体积应变增量。对于不排水性状，PLAXIS 不采用实际的水体积模量，因为这可能导致刚度距阵的病态和数值计算的困难。实际上，在默认情况下，土和水的总压缩刚度(相对于等向压缩)，定义为如下隐含的不排水体积模量: 这就导致了孔隙水的轻度压缩，因而B 因子略低于1.0。因而，在各向同性加载时，总有百分之几的荷载引起有效应力，至少对于有效泊松比取小值的情况是如此。对于不排水材料性状，有效泊松比应小于0.35。泊松比取更大的值，则意味着水对于土骨架而言其刚体不够大。 9. 非多孔性状: 使用该设置的类组，不论是初始孔压还是超静水压，都不予考虑。有关应用可以在模拟混凝土或结构性状的例子里找到。非多孔性状通常和线 弹性模型组合应用。输入的饱和容重和渗透性参数对非多孔材料是无效的。 非多孔材料类型可以用在界面上。要完全阻隔通过板桩墙或其他不透水结构的渗流，周围界面可以有一个单独的材料数据组，其材料类型设为非多孔。非多孔材料只和非饱和容重有关，它的大小就等于总容重。 10. 渗透性的量纲为单位面积上的流量，简化表示为长度每单位时间。也就是所谓的渗透系数。只有在固结分析和地下水渗流计算时，需要输入渗透性参数。此时，需要确定所有类组的渗透系数，包括当作完全不透水来对待的几乎不透水层。PLAXIS 区别水平渗透系数kx和竖向渗透系数ky，因为某些岩土类型(比如泥炭) 的水平方向渗透性和竖向方向渗透性差异很大。 要模拟几乎不透水的材料(比如混凝土或无裂隙的岩石)，应当输入一个相对于 周围土较低的渗透系数，而不是实际的渗透系数。一般低于1000倍就可以得到令 人满意的结果。 11. 渗透性变化(ck):建议只在采用软土(蠕变)模型的情况下应用变化的渗透系数。此时，ck值一般为压缩指数Cc的数量级。对其它模型， ck保留其默认值，即1015。 12.孔隙比(einit，emin，emax):孔隙比e和孔隙率n有关(e = n /(1-n))。一些特殊的选项要用到孔隙比。初始孔隙比einit是初始条件下的孔隙比。每一步计算是根据初始孔隙比和体积应变v Δε 来得出实际孔隙比的。 13. 弹性模量:在岩土力学里，初始斜率通常用E0表示，对应于50%强度的割线模量记为E50(见图3.25)。对于有很大线弹性范围的高度超固结粘土和岩石，使用E0是符合实际的;而对于砂土和接近正常固结的粘土，使用E50更合适。 土的初始模量和割线模量会随着围压增加而增加。因而，深层土的刚度会比浅层 土更大。另外，观察到的刚度还取决于应力路径。卸载和再加载条件下的刚度， 比最初加载条件下的刚度要高得多。还有，用弹性模量表示的土体刚度，在排水 压缩条件下的观测值，一般小于在剪切条件下的观测值。所以，当使用刚度模量 常数来描述土体性状时，应当选择符合应力水平和预期应力路径的值。注意， PLAXIS的高级模型里考虑了某些岩土性状对应力的依赖性，见材料模型手册。对 摩尔-库伦模型，PLAXIS提供一个特殊选项，用来输入随深度增加的刚度(见高 级参数)。 14. 泊松比(v): 三轴排水试验在轴向开始加载时，可能会产生一个明显的体积缩小率。这就对应于一个低的泊松比初始值(v0)。在某些情况下，例如特殊卸载问题，可能应用这样的低泊松比初始值是符合实际的。但是，在应用摩尔-库伦模型时，一般建议使用较大值。 当弹性模型或摩尔-库伦模型用在模拟重力加载(在塑性计算里ΣMweight 从增 加到1)时，泊松比很容易确定。对于这类加载，PLAXIS需要给出 的实际比值。因为这两类模型都会给出一维压缩的常见的比值 ，由此很方便确定一个泊松比来得到符合实际的K0。也就是说，是通过和K0对应来估计v值的大小。这些处理初始应力分布的 有关内容，在附录A里有更详尽的阐述。v值的大小在很多情况下都介于0.3和0.4之间。这个值除了可以用在一维压缩的情况，也可以用在其他的加载条件。 对于不排水性状，建议输入泊松比的有效值，并选择材料性状的类型为不排水。 这样，根据大小为0.495的隐含不排水泊松比(见不排水性状)，PLAXIS会自动增加一个孔隙流体的体积压缩刚度。在这种情况下，此处输入的有效泊松比应当小于0.35。使用较大的泊松比意味着，模拟不排水性状时，水对应于土骨架而言不具有足够的刚性。 15. 内聚力(c):内聚力强度具有应力的量纲。PLAXIS可以处理无粘性砂土(c = 0)，但是在这种情况下一些操作可能会不理想。为了不使问题复杂化，建议经验不足的用户至少输入一个较小的值(c> 0.2 kPa)。PLAXIS提供一个特别选项用来输入土层，土层上的内聚力随深度增加而增加(见高级参数)。 16. 摩擦角(? ):摩擦角? (phi)的输入单位为度。大的摩擦角—比方有时从密砂得出的—会使塑性计算量增加很多。 计算所需要的时间大体上随摩擦角呈指数增加。因而，在针对某个特定项目J进行初始计算时，要避免出现大摩擦角。在用到的摩擦角大于35度时，计算时间会大大延长。 17. 剪胀角(ψ ):剪胀角ψ (psi)用度表示。除非是高度超固结土层，粘 土根本无剪胀性(即ψ =0 ) 。砂土的剪胀性取决于密度和摩擦角。石英砂的剪胀角范围为ψ ? ? ? 30? 。但是，在大多数情况下，因为? 小于30º，剪胀角就等于零。只有极其疏松的松砂的ψ 略低于零。 18. 界面强度 (Rinter ):弹塑性模型用来模拟土-结构相互作用的界面的性状。Coulomb准则用以区别弹性性状(即在界面内可以出现小位移)和塑性界面性状(即可能出现永久滑动)。 , 刚性:该选项用在界面不得影响周围土体强度的情况下。比如，位于结构物 角区附近的扩展界面(见图3.13)不是用来体现土-结构相互作用的，不应 该带有强度损失的特点。应该给此类界面分配刚性设置(对应于Rinter = 1.0)。这样，包括剪胀角i 在内的界面属性和数据组里土的属性相同， 除了泊松比i之外。 , 手动:如果界面强度设为手动，可以手动输入Rinter 的值。一般，对于实 际的土-结构相互作用，界面比相邻土层的强度低，柔性大。也就是说，界 面的Rinter 应小于1。在有关文献里，可以找到土体内各种类型的土和结构 相互作用的Rinter 的适宜值。在缺少针对给定情况的时可以假设 Rinter 为2/3。一般不会采用大于1 的Rinter 值。 , 19. 实际界面厚度():实际界面厚度 代表的是，介于结构和土之间的剪切区的实际厚度的参数。在界面与HS岩土模型共同使用时， 的取值才很重要。实际界面厚度通常是平均粒径大小的几倍。该参数在采用剪胀截断选项时用于计算界面孔隙比的变化。界面的剪胀截断，可能在准确计算抗拔桩承载力的时候很重要。 20. 位于结构角区下方或周围的界面:为了避免应力振荡，在结构的角区下方或周围布置延伸的界面(见第3.3.5节)。这种界面并不是用来模拟土-结构间相互 作用的性状，而只是为了允许界面具有足够的柔性。因此，当这种界面单元的Rinter取值小于1时，就降低了地下工程的强度，这是不符合实际的。这可能造成土的性状不符合实际，甚至破坏。因此，建议新建一个单独的数据组，其Rinter值等于1。这样的数据组只分配给这些特殊的界面单元。操作是:把相应的数据组分配给各个界面(虚线)，而不是分配给相关的土体类组(虚线闪红色;相关的土体类组的颜色不能变)。或者在这些特殊的界面单元上点击鼠标右键，选取属性，然后选择正界面单元或负界面单元。在界面属性窗口点击修改按钮，然后就可以把适当的数据组分配给界面单元。 21. 板的材料数据组: , 刚度:对于弹性性状，需要定义轴向刚度EA和抗弯刚度EI等材料性质。对于 轴对称模型和平面应变模型，EA和EI的取值和平面外的单位宽度刚度有关。 因此，轴向刚度EA表示为力每单位宽度，抗弯刚度EI表示为力乘长度的平方 每单位宽度。根据EI对EA的比值，可以按下式自动计算出等效板厚度deq: , 泊松比:除以上刚度参数，还需要给出泊松比。对于一定断面形式的薄壁结 构，或平面外相对较柔的结构(比如板桩墙)，建议取泊松比为0。对于实 体断面结构(比如混凝土墙)，输入大小0.15左右的实际泊松比更恰当。 , 容重:在板的材料组里可以设定容重的大小，用力每单位面积表示。原则上， 对于实体断面的结构，该值可以由板材料的容重乘以其厚度得出。注意:在 有限元模型里，板是叠加在一个连续体上的，因而是与土体重叠的。为准确 计算模型中土和结构的总容重，应该从板材料的容重里减去土的容重。板桩 墙的容重(力每单位面积)一般由制造商提供。可以直接采用该值，因为板 桩墙通常只占相对很小的体积。 通过参数ΣMweight 可以一同激活板和土的容重。 22. 封闭渗流边界是布置在几何模型边界上的对象，用来确保不发生穿过边界的渗流。只能在几何模型外部边界的现有几何线上布置封闭渗流边界。 把一条边界几何线标注成封闭渗流边界时，仍然可以在其上指定地下水头。尽管 这样的地下水头在地下水渗流计算里不用作边界条件，但是会用来生成外部水压 力(用于变形分析)。 23. 用户自定义孔压分布:如果某个特定的土类组的孔压分布很特殊，无法用上述选项来定义，那么可以通过用户自定义孔压分布来说明。选中此项时，可输入的参数有:参考水位yref(用长度单位表示)、参考压力pref(用应力单位表示，为参考水位上的孔压)和压力增量pinc(用应力每单位深度表示)。用这种方式，可以定义任何线性的孔压分布。参考水位yref指的是竖向水位(y-方向)，其孔压等于参考压力pref。如果(部分)类组位于参考水位以上，那么位于参考水位以上的那部分类组的孔压也等于参考压力。在参考水位以下，类组的孔压按pinc的比例呈线性增加。注意，表示压力的pref值和表示压力随深度增加的pinc值都是负的。用户自定义的孔压分布，不能用于其他类组的孔压内插。在给上层或下层类组选择根据相邻类组或几何线的孔压内插选项时，要考虑到这一点。 24. 非激活类组的水压:根据潜水位生成水压，在初始几何构造(见第3.9.1节)里是不区分激活类组或非激活类组的。这就是说，根据相应的潜水位，既会给激活类组生成稳态孔压，也会给非激活类组生成稳态孔压。要想在某个类组里排除孔压，应当使用干类组选项，或把类组潜水位定义在相应类组的下方。 25. 指定地下水头:一个处于激活状态的几何图形外部边界上的指定地下水头，一般默认为由一般潜水位确定的值，至少当一般潜水位位于该几何图形的外边时是如此。由于非激活土类组，有时会使内部几何线变成外部边界。程序也把此类几何线看成是几何图形的外部边界，因此其上的指定地下水头也用类似的方法得出。 除了根据一般潜水位自动设置边界条件，指定地下水头也可以用手动输入。其输 入方法类似于给几何线直接输入地下水头。双击一条现有的几何线以后，弹出一 个窗口，用来给几何线的两个端点输入地下水头。在给一个点输入地下水头时， 程序会显示相应的孔压(孔压=水容重乘以[地下水头-竖向位置])。 要删除指定地下水头，先选中相应的几何线，再按下键盘上的删除键即可。 如果在外部几何边界上指定地下水头，那么就根据该外部边界生成外部水压力。 变形分析程序会把外部水压力作为表面荷载来处理，和土容重和孔压一并考虑。 26. 水力条件:PLAXIS 一般用来进行有效应力分析，在这种分析中将明确区分处于激活状态的孔隙水压pactive和有效应力σ ′ 。孔隙水压又进一步分为稳态孔压psteady和超静水压pexcess。 超静水压是在类组加载过程中产生的孔压，其中类组的材料类型为不排水。在塑 性计算里，只能在这种不排水类组里产生超静水压。固结分析可以用来计算和时 间有关的超静水压的生成或消散。在这类计算当中，超静水压的发展变化取决于 渗透性参数，而不是材料性质种类。 稳态孔压是反映稳定水力条件下的孔压。这种条件是在外部水力条件长期保持稳 定的情况下产生的。所谓稳态，并不一定是孔压本身处于静态平衡(即水平地下 水面)，因为在某些条件下，长年的地下水渗流也可以达到稳态。 在水力条件模式里生成稳态孔压和外部水压力(都叫做‘水压力’)。水压可以 根据水位简单得出，也可以通过稳态地下水渗流计算得出。后者需要输入有关地 下水水头的边界条件，默认情况下的水头从一般水位线得出。水压也可以用另外 的PLAXIS程序模块计算，即瞬态渗流和非饱和土渗流计算程序。它们是版本8的扩展程序。尽管瞬态渗流一般不会得出稳态孔压，但是该程序计算得到的孔压在变形分析里是作为稳态来处理的。 在不涉及水压的工程项目里可以跳过水力条件模式。此时，一般潜水位设在几何 模型的底部，所有孔压和外部水压力均设为零。 27. 潜水位: 孔压和外部水压力可以根据潜水位得出。潜水位表示为一系列水压为零的点。使用输入潜水位的方法，水压就按确定的水容重随深度呈线性增加(即:假设压力变化是水静力的)。在输入潜水位之前，必须输入正确的水容重。可以从几何子菜单里或点击工具栏里相应的按钮，来输入潜水位。输入潜水位和新建几何线的方法类似。 潜水位用两个或两个以上的点来定义。可以按照从左到右的顺序(x-坐标增加) 输入点，也可以按照相反的方向(x-坐标减小)输入。这些点和线是叠加在几何 模型上的，但是他们并不和模型发生相互作用。在潜水位和现有几何线相交的位 置上，不增加几何点。 如果潜水位没有覆盖整个几何模型的x-范围，潜水位就会从它的最左边的点水平 延伸到负无穷，从它的最右边的点水平延伸到正无穷。潜水位以上的孔压为零， 潜水位以下至少在水压根据地下水生成时为静水压力。实际上，选择生成水压选 项(，就是执行水压生成的有关计算。 28. 一般潜水位: 如果没有选择任何类组就绘制了潜水位，这个潜水位就看成是一般潜水位。默认情况下，一般潜水位在几何模型的底部;输入新的水位线会替换掉之前的一般潜水位。一般潜水位用来生成整个模型简单的静水孔压分布。默认情况下，把一般潜水位分配给几何图形里所有的类组。 如果一般潜水位在几何模型的外部，相应的边界是自由边界，那么外部水压力就 根据这个水位面生成。这同样也适用于在分步施工的定义下由开挖(解除)土类 组而引起上升的自由边界。计算程序把外部水压当作分布荷载来处理，和受参数 ΣMweight 控制的土容重和孔压一同考虑。 外部水压力计算要求，在和边界相交的位置上水压平衡。但是，如果水位线和边 界相交于非实际存在的几何点，就不能精确计算外部水压力(见图3.31)。 这是因为，只在几何线的两个端点上定义外部水压力的大小，而两点之间的压力 沿几何线的变化呈线性。所以，要精确计算外部水压力，一般潜水位的输入最好 和模型边界相交在已有的几何点上。在生成几何模型的时候应该考虑到这个条件 。必要的话，应该在几何模型的边界上增加这样的点。如果是根据地下水渗流计算来求孔压，那么一般地下水也可以用来生成地下水头的边界条件。 29. 类组潜水位: 为考虑不连续的孔压分布，每个类组可以有一个单独的类组潜水位。实际上，类组潜水位并不一定是真实的水位。比如承压水层的类组潜水位表示的是压力高度，也就是含水层孔压的虚拟零点。 输入类组潜水位的方法是，首先选中要单独定义类组潜水位的类组单元，再从工 具栏或几何子菜单选择潜水位选项，然后给保持选中状态的类组输入潜水位。如 果是在同时选中若干类组的情况下(按上档键)输入的潜水位，那么这个水位线 就会作为所有这些类组的类组潜水位。如果想确定类组的潜水位是哪一个，可以 选中这个类组，然后观察是哪个潜水位变成红色。如果没有红色的潜水位出现， 那么对这个所选的类组就弹出另外一个选项窗口(见下图)。 在水力条件模式下双击类组，会弹出类组孔压分布窗口，上面用一组并列按钮表 明要如何生成该土类组的孔压。如果分配给这个类组的潜水位类组有误，可以在这个窗口上选择一般潜水位把它重设成一般潜水位。这样，这个类组潜水位就删 除了。 30. 根据相邻类组或线的孔压内插:在土类组单元里生成孔压的第三种方式，是根据相邻类组或几何线的孔压内插。 比如对于夹在两个透水层之间的相对不透水层，就用到这个选项，其中的两个透 水层具有各自不同的水头。在这种相对不透水层上的孔压分布不会是流体静力的 ，所以不能用潜水位的方式来确定。 选中从相邻类组或线内插选项时，类组孔压就沿竖直方向线性内插;内插范围的 起始值是上层类组底端的孔压，终值是下层类组顶端的孔压，除非上层或下层类 组的孔压是通过用户自定义孔压分布的方式生成的。在后一种情况下，孔压内插 则根据一般潜水位进行。可以对相连的两个或多个类组(上下相叠的)反复使用 内插选项。如果孔压竖直内插的起始值没有找到，那么就会根据一般潜水位来确 定这个起始值。 除了用上层或下层类组的孔压值来内插，还可以直接给几何线输入水头来内插。 具体做法是，双击相应的几何线，弹出水头窗口，在上面输入几何线的两个端点 上的水头值。给某个点输入水头，程序还会同时显示相应的孔压(孔压等于水容 重乘以[水头减位置水头])。对于某个类组，如果选择了从相邻类组或线内插选 项，并且给它的一个相邻几何线定义了地下水头，那么内插就会从这条线的孔压 开始，而不是相邻类组的孔压。换句话说，内插程序中，给相邻几何线最后直接 输入的孔压值，优先于相邻类组的孔压值。 在几何线上直接输入地下水头，只会在相邻土类组进行内插时或者通过地下水渗 流计算孔压时才起作用。注意，如果是根据潜水位生成孔压，那么孔压插值只是 在竖直方向起作用。所以，给竖直几何线直接输入地下水头在这种情况下是无任 何作用的。 要删除给几何线直接输入的水头，可以选择相应的几何线，再按下键盘上的删除 键即可。 31. 干类组: 要把排水和不排水类组设成干的类组(即孔压为零)，可以使用程序提供的一个 便捷的选项干类组。选中此项时，类组的静水压设为零，而土的容重赋值为非饱 和容重。注意，表示大体积(混凝土)结构的类组，为了要永久性排除孔压的影 响(比如地下连续墙或沉箱)，可以在相应的材料数据组里把此类结构设为非多 孔。在水力条件模式下，不需要把这样的非多孔类组设为干类组。还要注意的是 ，在选用干类组时，不排水类组里仍然可以生成超静水压。 32. 用户自定义孔压分布:如果某个特定的土类组的孔压分布很特殊，无法用上述选项来定义，那么可以通过用户自定义孔压分布来说明。选中此项时，可输入的参数有:参考水位yref(用长度单位表示)、参考压力pref(用应力单位表示，为参考水位上的孔压)和压力增量pinc(用应力每单位深度表示)。用这种方式，可以定义任何线性的孔压分布。参考水位yref指的是竖向水位(y-方向)，其孔压等于参考压力pref。如果(部分)类组位于参考水位以上，那么位于参考水位以上的那部分类组的孔压也等于参考压力。在参考水位以下，类组的孔压按pinc的比例呈线性增加。注意，表示压力的pref值和表示压力随深度增加的pinc值都是负的。用户自定义的孔压分布，不能用于其他类组的孔压内插。在给上层或下层类组选择根据相邻类组或几何线的孔压内插选项时，要考虑到这一点。 33. 非激活类组的水压:根据潜水位生成水压，在初始几何构造(见第3.9.1节)里是不区分激活类组或非激活类组的。这就是说，根据相应的潜水位，既会给激活类组生成稳态孔压，也会给非激活类组生成稳态孔压。要想在某个类组里排除孔压，应当使用干类组选项，或把类组潜水位定义在相应类组的下方。 34. 封闭渗流边界是布置在几何模型边界上的对象，用来确保不发生穿过边界的渗流。只能在几何模型外部边界的现有几何线上布置封闭渗流边界。 把一条边界几何线标注成封闭渗流边界时，仍然可以在其上指定地下水头。尽管 这样的地下水头在地下水渗流计算里不用作边界条件，但是会用来生成外部水压 力(用于变形分析)。 35. 按潜水位生成:根据潜水位生成水压，在初始几何构造(见第3.9.1节)里是不区分激活类组或冻结类组的。这就是说，根据相应的潜水位，既会给激活类组生成稳态孔压，也会给非激活类组生成稳态孔压。要想在某个类组里排除孔压，应当使用干类组选项，或把类组潜水位定义在相应类组的下方。 36. 按地下水计算生成:在几何构造模式下所冻结的类组不参与地下水渗流计算 本身。但是被冻结类组内部的应力点上的孔压将取决于一般潜水位。因此，如果冻结类组(部分)位于一般潜水位以下，那么在一般潜水位以下的冻结类组会有一个静水压力分布，而在一般潜水位以上的冻结类组的水压为零。水压生成窗口允许直接切换到几何构造模式，来激活或冻结类组。 37. 水压生成结果:生成的水压可以作为输入数据用在变形分析里。水压要到实际用于计算时才处于激活状态。激活水压和使用参数ΣMweight 激活土容重相关联。原则上，对于所在单元上稳态孔压为零的应力点考虑为非饱和;对于稳态孔压不等于零的应力点考虑为饱和。因此，在变形分析里是使用饱和土容重( sat γ )还是非饱和土容重( unsat γ )，取决于孔压的大小。 38. 地下水渗流计算的稳态孔压分布取决于边界条件、几何图形和不同土类组的渗透系数。在地下水渗流计算当中用到界面的时候，默认界面是完全不透水的。用这种方法，就可以用界面来阻隔与之垂直的渗流，比如模拟止水帷幕的存在。板是完全透水的。实际上，只有在板单元和周围土单元之间夹有一个界面的时候，才能模拟不透水挡土墙或不透水板。另一方面，对某些界面，比如布置在结构角点周围的界面，用户可能要特意避免它们对渗流和孔压分布的影响。此时，应该在水力条件模式下冻结此类界面。这可以在固结分析和地下水渗流计算里分别执行。对于处于冻结状态的界面，其界面节点组的孔压自由度是完全耦合的;而处于激活状态的界面的孔压自由度则是完全独立的。 39. 封闭固结边界:表示对称线的竖向边界，或者当几何模型的底部位于不透水层，在这些没有水流通过的边界上，可以应用封闭固结边界选项。 封闭固结边界并不自动意味着就是一个封闭渗流边界，反之亦然。如果一个工程 项目在涉及地下水渗流计算的同时也涉及固结分析，并且一部分边界是不透水的 ，那么，原则上必须把这个边界同时设置成封闭固结边界和封闭渗流边界。也有 一些情况，要在某个边界上考虑不同的地下水渗流条件和固结条件，因此，要区 分封闭渗流边界和封闭固结边界。 40. 冻结荷载和几何对象::生成初始应力的K0-过程不考虑外部载荷以及结构单元的重量。 在变形分析里处于冻结状态的界面就相当于一个完全的弹性体(无滑动或张开)。在地下水渗流计算或固结分析里，冻结的界面是完全透水的。实际上，这种界面相应节点组的(超)孔压自由度是完全耦合的。 冻结的土类组呈背景颜色(白色)，而冻结的结构对象或界面则呈灰色。在一个 冻结的几何组成部分上再点击一次，会激活所点击的对象。 41. 初始应力生成(K0-过程):土体内初始应力受到材料容重和土形成历史的影响。该应力状态一般用初始竖向有效应力表征。初始水平有效应力 ′ 通过侧向土压力系数 和初始竖向有效应力相联系K0 。 42. 生成初始应力:许多土工问题都需要设定初始应力。这些应力(由重力产生)表示非扰动土或岩体的平衡状态。 在PLAXIS 的分析里，需要用户来设定这些初始应力。可以用两种方法来实现: K0 –过程重力加载作为一个规则，只有当地表水平，且所有土层和水位与地表平行时，才能使用K0–过程。其他情况下应当使用重力加载。 , K0 –过程 选择该方法，用户必须在初始条件模式的生成子目录里选择初始应力选项。此时，才可以给每个土类组输入侧向应力系数。除了K0，还要输入ΣMweight 的值。如 果ΣMweight =1.0，那么就完全激活了重力。K0 表示水平有效应力和竖直有效应力的比值。 实际应用当中，通常假设正常固结土的K0值和内摩擦角有关，经验表达式为: 超固结土的K0值可能会大于由上式得出的值。 K0 –过程里过低或过高的K0 值，可能会产生不符合Coulomb 破坏条件的应力。此时，PLAXIS 会自动减小侧向应力来满足破坏条件。但是，要注意，此时的应力可能和用户估计的大小不同。无论怎样，这些应力点是处于塑性状态的，因而标记为塑性点。在输出程序里，从应力菜单里选择塑性点选项，在初始有效应力图中，可以查看这些塑性点的图示。尽管修正后的应力状态符合破坏条件，还是有可能出现一个不平衡的应力场。更可取的方法是生成一个不包含塑性点的初始应力场。对于无粘性材料，要避免土呈塑性状态，有一个简单的判别方法，就是判断K0值是否介于下式所示范围内: 采用K0 –过程时，PLAXIS 会生成一个和土的自重相平衡的竖直应力。但是，水平应力是根据K0 的具体的取值计算得出的。即使是不出现塑性的K0 值，K0 –过程也不能保证应力场完全平衡。只有在任一土层都平行于水平地表面，而且水位也为水平时，才能得出完全平衡的应力场。如果应力场只需要一个很小的修正就可以平衡，那么可以用下述算法实现。如果应力明显不平衡，那么应该放弃用K0 –过程，而选用重力加载过程。 , 塑性零增量步 如果K0 –过程生成的初始应力场不平衡，或出现了塑性点，那么可以采用塑性零增量步。塑性零增量步是一个不施加任何其他荷载的计算工序(见第4.7.10 节)。执行该工序以后，应力场会达到平衡，并且所有的应力都符合屈服条件。 , 发散 如果原来的K0 –过程生成的应力场远未达到平衡，那么塑性零增量步可能不收敛。例如，对很陡的坡面应用K0 –过程时，就可能出现这种情况。此时，应当采用重力加载过程来计算。 , 初始位移 有一点很重要，就是应当保证由塑性零增量步计算得出的位移不影响后面的计算。在后面的计算工序里，应用重设位移为零选项，就可以达到这个目的。 , 重力加载 采用重力加载时，初始应力(即对应于‘初始工序’的应力)为零。然后，通过 在第一个计算工序里施加土的自重，来设置初始应力。 在这种情况下，如果采用完全弹塑性岩土模型(比如摩尔-库伦模型)，K0 最后的值很大程度上取决于设定的泊松比。为了能得到符合实际的K0 值，选择适当的泊松比很重要。必要时，可以采用不同的材料数据组，其泊松比根据重力加载过程合适的K0 值来调整。这些数据组可以根据后续计算里其他的材料组进行修改(见第4.7.5 节)。对一维压缩，弹性计算按下式得出泊松比: 如果要求K0 值大小为0.5，那么应给泊松比赋值为0.333。 重力加载过程常常会出现塑性点。比如，对于非粘性土，除非满足以下不等式， 否则都会出现塑性点。 重力加载生成少量的塑性点是可以接受的。 , 塑性计算 如果需要，也可以在一个单独的计算工序里进行重力加载。实现方法是:在执行这个单独的计算工序时，荷载输入设为总乘子， Σ设为1.0。 Mweight , 初始位移 一旦初始应力设置好之后，在下一个计算工序一开始时，位移应当重设为零。通 过这种方法，可以消除重力加载过程在后续计算工序里对位移的影响。 , 对于一定断面形式的薄壁结构，或平面外相对较柔的结构(比如板桩墙)， 建议取泊松比为0。对于实体断面结构(比如混凝土墙)，输入大小0.15 左右的实际泊松比更恰当。 43. 初始应力生成结果:初始应力生成之后，开始执行输出程序，首先显示的是初始有效应力的图示。一般来说，应力点上的初始应力根据位于该点位置上方的材料重量与ΣMweight 的取值得出: 其中i是各土层的容重，hi是土层厚度，pw是应力点上的初始孔隙水压。 当使用的K0值和1相差很大的时候，有时可能导致初始应力状态不满足Coulomb准则。为了满足Coulomb准则，PLAXIS对应力状态做了修正，但是所得到的应力状态还是有可能和期望的不同。对此，用户可以通过检查塑性点图示(从输出程序的应力菜单里选中)来做出判断。如果图示上有很多红色塑性点(Coulomb点)，那么应当选择接近1.0的K0-值。如果只有少数点是塑性点，建议执行一个塑性零增量步。在使用HS岩土模型和软土模型，并且定义了正常固结初始应力状态(OCR =1.0 而 POP = 0.0)时，绘制的弹性点图示上会有很多篮色帽盖点。用户对这些塑性点不必在意，因为它们只是表示这些点处于正常固结应力状态。 四(计算 1. 计算工序列表(下方):如果一个工序还没有执行过，那么它的分步号是空的。当前执行的计算工序行的前面有一个蓝色箭头(?)标记。成功执行完毕的计算工序前面将标上一个绿色对勾(?)，而执行失败的工序前面将标上一个红色的叉号(×)。 2. 塑性计算:在弹-塑性变形分析当中，如果不需要考虑超静水压随时间的减小，那么应当选择塑性计算。如果在高级一般设置窗口里没有选中更新网格选项，那么程序就根据小变形理论来执行计算。一般性塑性计算根据未变形的几何图形得出刚度矩阵。这类计算适用于大多数岩土工程的实际应用情况。 除非用到软土蠕变模型(见材料模型手册)，即使定义了时间间隔，塑性计算也 并不把时间效应考虑在内。对于快速加载的饱和粘性土，其材料数据组选用不排 水选项;对这种完全不排水性状的个别情况，可以采用塑性计算。另一方面，完 全排水分析可以用来估计长期沉降。这种完全排水分析没有严格按照加载历史施 加荷载，也没有对固结过程进行明确处理，但还是能够较好预测最终状况。 具体的理论公式，参见科学手册。 3. 固结分析:要分析饱和粘性土的超静水压随时间的变化与消散，应该选择固结计算。PLAXIS可以执行实际的弹塑性固结分析。一般情况下，执行完不排水塑性计算之后，再执行不添加另外荷载的固结分析。也可以在固结分析过程中施加荷载。但是，在接近破坏时要引起注意，因为此时迭代过程可能会不收敛。还要注意的是，PLAXIS版本8克服了原来版本7中有关固结分析的某些局限。比如，版本8可以用固结分析来实施实时的施工分析。另外，也可以在大变形的定义下进行固结分析。 4. Phi-c 折减(安全分析): PLAXIS可以用减小土的强度参数的方法来执行安 全分析。这个过程就叫做Phi-c折减，是一个单独的计算类型。如果要计算全局安全系数，就应当选择Phi-c折减。 安全分析可以在每个计算工序之后执行，同样也可以在每个施工阶段之后进行。 要注意的是，因为phi-c折减工序结束于一个破坏状态，所以不能用来作其他计算工序的起始工序。因此，建议在计算工序列表的末尾再定义所有安全分析，并且用起始工序号参数注明是在给哪个计算工序求算安全系数。 执行安全分析的时候，不能同时增加荷载。phi-c折减实际上是一个特殊的塑性计算，通常和输入的时间增量无关。 当phi-c折减和高级岩土模型相结合时，这些模型实际上表现为标准的摩尔-库伦 模型。这是因为分析当中排除了和应力有关的刚度性质以及强化效果。此时，在 计算工序一开始的时候计算得出刚度，大小直到完成计算工序为止始终保持不变 。 5. 更新网格分析: 考虑大变形影响的时候，上述三类计算(塑性计算、固结分析和phi-c折减)也可以有选择性地作为更新网格分析来执行。要选择这个选项，可以点击一般标签页上的计算类型组里的高级按钮。还可以选择是否根据应力点更新后的位置，连续重新计算孔隙水压。这个选项叫做更新水压。该选项意味着要考虑土层(部分)沉降到恒定地下水位以下时的影响。 更新网格分析是考虑大变形影响的计算。当推测变形会显著影响几何图形的形状 的时候，应当考虑采用此类计算。更新网格分析根据变形后的几何图形得出刚度 矩阵。此外，还采用了一个特殊定义的应力率，其中包含有转动项。这些计算过 程依据的方法是著名的更新拉格朗日公式(见参考文献2)。有关内容在第4.10节有更具体的解释。 在大多数情况下，大变形影响是可忽略不计的，所以不必选择这个高级选项。但 是，也有一些情况需要考虑大变形的影响。典型应用包括:分析有关加筋土的结 构(抗拉强化效应)，分析大型近海基础工程的破坏荷载，以及研究可能发生大 变形的软土工程项目。 请注意，更新网格计算的后面不能紧接执行一般性计算。反过来，如果用到了重 设位移为零选项，那么一般性计算的后面则可以紧接执行更新网格计算。还要指出的是，更新网格分析的计算时间较长，也没有一般性计算稳定。因此， 只在特定情况下才选用这个选项。 6. 重设位移为零:在当前计算工序一开始的时候，如果要忽略前一步计算当中与之无关的位移，那么应当选择该选项。由此，新的计算从零位移场开始。比如由重力荷载形成的变形，不具有什么实际的物理含义。所以，可以在重力加载后选择该选项，以此消除那些由重力引起的位移。如果不选择该选项，那么当前计算工序里形成的位移增量，就会叠加到前一个计算工序的结果上。选择重设位移为零选项不影响应力场。 在用到更新网格选项的一系列计算里，不能使用重设位移为零选项。但是，如果 更新网格计算是从一个没有使用更新网格选项的计算开始的，那么必须在本更新 网格计算里选用重设位移为零选项。 7. 忽略不排水性状:在用到的材料数据组的材料类型设为不排水的情况下，如果希望暂时排除不排水性状的影响，那么应当选择该选项。由此，所有不排水材料组暂时变成是排水的。在这种特殊的计算工序里，保留了之前已经生成的超静水压，但是不会再生成新的超静水压。 不排水材料的重力加载会产生不实际的超静水压。比如，土的自重产生的应力是 由一个长期的过程形成的，这个过程和超静水压的发展无关。忽略不排水性状选 项，可以让用户一开始就把主要加载阶段的材料类型定义成不排水的，同时忽略 重力加载阶段材料的不排水性状。因此，在这样的初始计算里，可以把所有不排 水类组的性状考虑成排水的。 因为在固结分析里不考虑材料数据组所说明的材料类型(排水或不排水)，所以 固结分析里没有忽略不排水性状选项。 8. 删除中间步: 默认情况下，为了节省硬盘空间，该选项是选中的。此时，在一个计算工序成功计算完成的情况下，除了该计算工序里的最后一个输出步，其他所有附加的中间输出步都被删除。最后一个输出步一般包含了所在计算工序里最重要的结果，而中间输出步的结果则次要一些。如果需要，可以取消该选项来保留每个输出步。如果一个计算工序没有成功完成，那么，不论是否选中删除中间步选项，都会保留每个输出步。通过对每一步输出的分析和判断，可以帮助查找问题的原因。 9. 开挖和疏干: 模拟阶段开挖和疏干时，要引起特别的注意，参见示范手册的 第四课(第6章) 如果考虑对开挖的疏干，并且开挖的底部没有用灌浆层或不透水层完全 ‘封闭’ ，则会出现地下水渗流。这个过程可以通过PLAXIS里的地下水渗流计算来模拟。 地下水渗流影响周围土体内部的孔压分布。 可以通过修改一般潜水位，方便地设置这种情况下地下水渗流计算的边界条件。 一般潜水位要如此修改，使其在外部几何边界上仍为初始潜水位，而在拟开挖部 位水位降低。一般潜水位很有可能由多个点组成。根据该一般潜水位，PLAXIS自动给透水几何边界(包括由于开挖产生的新的‘内部’边界，亦即激活和冻结类组的分界线)设置一个给定水头，。如果界面的渗透性设为不透水的，可以通过激活相邻界面单元，把挡土墙设成是不透水的。如果只模拟开挖对称形的一半，那么必须通过封闭渗流边界选项，把对称中心线设成是不透水的。如果底部边界土层也是不透水的，也可以用该选项把它设成是不透水的。 边界条件设置好之后，可以点击工具栏的生成水压按钮来生成水压。在水压生成 窗口上必须选中地下水计算选项。 当通过地下水渗流计算生成水压时，一般潜水位则可被方便地用以设置地下水渗 流计算的边界条件，生成变形分析中的外水压力。这时的一般潜水位在激活土类 组内部没有什么意义，因为内部的水压将按边界条件及土的渗透性经渗流计算确 定。 在计算工序之间修改输入数据(在输入程序里)时要小心，因为这会造成输入数 据和计算数据不一致，所以一般不应该这么操做。在某些情况下，可以通过其他 的方式修改介于几个计算工序之间的数据，而不是修改输入数据本身。 在改变几何图形时(即修改点或线的位置或增加新的对象)，程序会把所有有关 分步施工的数据重设成他们的初始构造。这样做的原因是:一般在修改几何图形 之后，分步施工的信息不再有效。改变几何图形后，就应重新生成网格和初始条 件(即水压和初始应力)。在计算程序里，必须重新定义分步施工，计算过程必 须从第一个计算工序起重新执行。 不改变几何图形而重新生成有限元网格(比如细化网格)时，所有的计算信息( 包括施工阶段)都保持在几何图形层面上，而不是保持在网格层面上。此时，需 要重新生成初始条件，重新定义所有的计算工序，必要时也重新生成孔隙水压， 之后从第一个工序起重新进行计算。 在现有数据组里修改材料性质，但是不修改几何图形，那么所有的计算信息也仍 会保留。此时，类组仍对应于各自原来的数据组，但是其中定义的材料性质已经 变化了。但这种方法不是很有用，因为PLAXIS允许在分步施工计算选项(见第 4.7.5节)里修改数据组。更好的方法是，预先建立一个后面的计算工序会用到的数据组，然后在计算过程中使用分步施工选项修改数据组。因为水压和荷载输入也可用分步施工选项，所以也可以用同样的方法予以修改。