第六篇 ：地应力平衡方法以及注意事项

地应力平衡1、地应力平衡好坏评判标准1)地应力平衡后，位移云图中最大位移达到10-6量级或更低（接近于0）。

（主要判别条件）2)地应力平衡后，应力云图中应力有一定的数值。

（也就是应力不为0，但变形接近于0）2、进行地应力平衡的原因总的来说，如果不进行地应力平衡，而只施加重力，模型会在重力作用下产生变形，而实际工程中，我们施加荷载时，重力产生的而变形已经产生，实际上得到的是附加应力产生的变形。

1)我们所建立的几何模型一般和工程实际情况或尺寸相对应、相一致，比如边坡几何模型和实际边坡尺寸一致，但我们可以夸张一点想像，实际边坡应是由一个更大一点或更高一点的不受重力的初始边坡在n年前突然受重力和类似目前的边界条件作用下逐渐形成了今天的尺寸大小，n年前受重力和类似目前的边界条件作用之前边坡的尺寸大小，我们不得而知，如果能准确知晓，我们就可以建立一个那时的几何模型，再施加重力和边界条件进行计算，变形后形状和现状边坡形状一致，其内力也就是初始应力场或地应力，就不用专门去施加地应力了，但问题是我们不能知晓边坡受力前的形状尺寸，我们现在的几何模型就是边坡现在的实际尺寸，受力后将会变成一个更小的或与现状不一致的边坡，这不符合我们模拟现状边坡的目的。

如果我们知道现状边坡的内力，将其提取出来作为几何模型的内力，再和外力（重力）平衡，则我们建立的模型才能算和实际模型一致。

真实地知道现状边坡的内力是很难的，我们采取的办法是，用我们所建立的几何模型施加和实际模型一致的重力和边界条件进行计算，得到变形后或变得更小或与现状边坡不完全一致的边坡内力近似的作为现状边坡的内力，并重新将其施加于与现状边坡一致的几何模型，再施加重力（当然边界条件也应基本一致）以平衡，这样才算建立了与现状模型基本一致的模型，其下的计算才成为可能。

这就是所谓“地应力平衡”的含义、目的、作用。

2)地应力平衡中的外力和内力的问题。

地应力平衡中，显然，重力是外力，应力场是内力，仅有外力重力，没有内力是不可能的，同样，仅有内力（专指初始应力场）而不受重力也是不可能的，否则，整个体系的力不会平衡。

地应力测量方法及其需要注意的问题地应力是指存在于地壳中的内应力。

主要由重力应力、构造应力、孔隙压力、热应力和残余应力等耦合而成,重力应力和构造应力是地应力的主要来源。

地应力测量是确定工程岩体力学属性、进行围岩稳定性分析、实现岩土工程开挖设计和决策科学化的前提。

地应力对矿山开采、地下工程和能源开发等生产实践均起着至关重要的作用,近年来随着我国社会经济的持续快速发展,我国水电领域工程建设保持着较快增长势头,工程建设地点向江河源头、高山峡谷地带延伸,工程建设内容往往包含深埋长深隧道,大跨度、大尺度地下厂房等,在这种情况下,我国地应力测试事业也取得了长足的进步,各种试验手段、测试方法层出不穷,并取得一定的成果。

1地应力测量方法1.1 应力解除法应力解除法是以弹性理论为基础,它把一定范围内的岩体视为均质的、各向同性的完全弹性体。

这一测量方法的实质是在被测虚力场的岩体中选定测点,在测点位置安设测量元件,然后在所安装的测量元件周围掏槽或套孔,使安设有测量元件的岩石与周围岩体分离,也就是使这一部分岩石从被测应力场作用之下解脱出来。

此时,测点岩石将由于外力的消失而产生弹性恢复变形。

通过测量元件将这一变形记录下来,即可按弹性理论来确定被测应力场的3个主应力的大小、方向和倾角。

应力解除法测量地应力的方法有:孔底应变计、孔径应变计、孔壁应变计、空心包体应力计等方法,其中孔底应变计、孔径应变计只能测出二维应力,若用它测三维应力,则需要打交于一点互不平行的三个钻孔。

采用孔壁应变计和特殊制作的空心包体式孔壁的应力计只需要打1个钻孔就可测出三维应力。

1949年奥尔森(O.J.Olson)第一次将应力解除法用于岩石应力测试以来,套孔应力解除法发展为技术上比较成熟的一种原岩应力测量方法。

套孔应力解除法具有测量灵敏度高、测量结果可靠、可以在深孔中进行测量测点的三维应力状态(需要利用三孔交汇的方法)等特点。

因此,利用套孔应力解除法可以较为准确地测量矿山岩体的原岩应力。

第六篇：地应力平衡方法以及注意事项注意：只有采用弹塑性本构模型时需要地应力平衡，弹性本构不需要地应力平衡！第一部分地应力平衡方法简介地应力平衡主要有五种方法：（1）自动平衡：第一步创建分析步geostatic ，这种方法注意只能在第一步只能有土和重力的情况下能使用，有其他部件或者接触时计算不能收敛，效果是最好的，方便简单！（2）*initial conditions,type=stress,geostatic该方法需给出不同材料区域的最高点和最低点的自重应力及其相应坐标。

所采用的几何模型一般较规则,表面大致水平,地应力平衡的好坏一般只受岩体密度的影响,无论采用弹性或弹塑性本构模型都能很好的达到平衡,可以不必局限于仅受泊松比的影响,能够通过考虑水平两个方向的侧压力系数值来施加初始应力场。

计算速度快,收敛性好。

缺点就是不能够很好平衡具有起伏表面的几何模型,需知道平整后模型的上覆岩体自重。

高版本在CAE里也能操作用计算器算出每个分界面上的应力和坐标对应填入，也比较方便不需要修改关键字（3）*initial conditions,type=stress,geostatic,user导入ODB里的方法，也比较简单，高版本可在截面上操作，不需要修改关键字你放入ODB后，填入第一步不需要填名称就是1 ，增量步就是你第一步计算的最后一个增量步（4）*initial conditions,type=stress,input=FileName.csv(或inp)该方法中的文件FILENAME.INP获取方法为:首先将已知边界条件施加到模型上进行正演计算,然后一般是将计算得到的每个单元的应力外插到形心点处并导出6个应力分量(也可以导出积分点处的应力分量,视要求平衡的精确程度而定)。

其所采用的几何模型可以考虑地表起伏不平的情况以及岩土材料极其不均匀的情况,适用范围广。

但由于外插的应力有一定误差,因此采用弹塑性本构模型时,可能会导致某些点的高斯点应力位于屈服面以外,当大面积的高斯点上的应力超出屈服面之后,应力转移要通过大量的迭代才能完成,而且有可能出现解不收敛的情况。

地应力基本概念及测量方法应力等因素导致岩体具有初始地应力（或简称地应力）是最具有特色的性质之一。

就岩体工程而言，如不考虑岩体地应力这一要素，就难以进行合理的分析和得出符合实际的结论。

岩体应力天然应力是指未经人为扰动的，主要是在重力场和构造应力场的综合作用下，有时也在岩体的物理、化学变化及岩浆侵入等的作用下所形成的应力状态，称为岩体天然应力或岩体初始应力，有时也称为地应力。

天然应力构成：岩体自重自重应力构造运动构造应力流体作用静水压力梯度，渗流应力其他（低温、地球化学作用）地壳岩体的天然应力状态与人类的工程活动关系极大，它不仅是决定区域稳定性的重要因素，而且往往对各类建筑物的设计和施工造成直接的影响。

比如，地下空间的开挖必然使围岩应力场和变形场重新分布并引起围岩损伤，严重时导致失稳、垮塌和破坏。

这都是由于在具有初始地应力场的岩体中进行开挖所致，因为这种开挖荷载通常是地下工程问题中的重要荷载。

由此可见，如何测定和评估岩体的地应力，如何合理模拟工程区域的初始地应力场以及正确和合理地计算工程问题中的开挖荷载，是岩石力学与工程问题中不可回避的重要问题。

已有的研究和工程实践表明，浅部地壳应力分布主要有如下的一些基本规律：地应力是一个具有相对稳定性的非稳定应力场，它是时间和空间的函数。

实测垂直应力基本等于上覆岩层的重量。

水平应力普遍大于垂直应力。

平均水平应力与垂直应力的比值随深度增加而减小，但在不同地区，变化的速度很不相同。

最大水平主应力和最小水平主应力也随深度呈线性增长关系。

最大水平主应力和最小水平主应力之值一般相差较大，显示出很强的方向性。

地应力的上述分布规律还会受到地形、地表剥蚀、风化、岩体结构特征、岩体力学性质、温度、地下水等因素的影响，特别是地形和断层的扰动影响最大。

高应力区实践表明，在高应力区，地表、地下工程施工期间所进行的岩体开挖工作，往往能在岩体内引起一系列与卸荷回弹和应力释放相联系的变形和破坏现象，其结果是不仅会恶化地基或边坡岩体的工程地质条件，而且作用的本身有时也会对建筑物造成直接的危害。

附录二：ADINA中关于地应力的处理方法方法一、导入初始应力方法此种方法的特点是针对线性材料；或非线性材料的线弹性阶段才能采用，如果非线性材料的部分单元进入塑性，则不能采用；非线性弹性材料、用户开发的材料则不能使用。

基本过程是将施加重力得到的应力从结果文件（Por）提取，通过前处理的Initial Condition 窗口中施加到模型上。

具体步骤如下：1.先对模型加重力载荷进行计算，计算完毕后进入后处理模块，用List Zone（Whole Model）列出所有节点的应力值；（注意：列出值时要选择smooth，否则没有结果，最后一步结果（Single Response）。

因为应力结果是单元的结果。

选择六个分量的顺序对于3Dsolid单元应该是stress11,stress22,stress33,stress12,stress13,stress23），对于2D solid，plate和shell单元初始应力轴的1-2轴必须位于平面内，3轴位于平面外，所以这些单元的六个分量的顺序为stress22,stress33,stress11,stress23,stress12,stress13。

如下图所示。

2.列出结果后点击Export将结果写到给定名字的TXT文件，之后将文件处理成ADINA的数据表格式，过程基本是用替换方式去掉所有的Node+空格；去掉多余文件说明；然后用Excel文件将连续空格转化称为制表符；然后输出新的TXT文件；见如下图示的过程说明：最后在文件第一行加上头信息或空行即可；3.重新打开原来的数据库，施加初始应力条件Model->Initial Condition，选择strain选项（这里没有Stress选项），然后用Import读入这个文件即可；4.在Control->Miscellaneous options中选择Input Strain use as Initial Stress cause deformation选项5.在所有的单元组中指定节点单元选择具有初始应变选项；6.现在可以计算。

abaqus地应力平衡的步骤一、前期准备在进行地应力平衡分析之前，需要进行一系列的准备工作。

这包括收集地质勘察资料、了解场地工程地质条件、确定分析目标和评估范围等。

此外，还需要进行必要的模型简化与假设，以便在有限元分析中准确模拟实际地质结构和应力分布。

二、建立模型在abaqus中建立地应力平衡模型通常涉及以下步骤：创建模型空间、设置网格密度和类型、导入地质勘察数据（如岩石层分布、岩土性质等）以及为不同的材料设置相应的物理性质（如弹性模量、泊松比等）。

此外，还需根据实际工程需求和地质条件，设置边界条件和载荷，以模拟地质结构和应力分布。

三、设置材料属性材料属性的设置对于地应力平衡分析至关重要。

需要根据地质勘察资料和试验数据，为不同的岩土层设置准确的物理性质，包括密度、弹性模量、泊松比以及摩擦角和内聚力等。

这些参数将直接影响模型的计算结果和应力分布状态。

四、地应力平衡分析在进行地应力平衡分析时，需要采用合适的求解器和算法，以确保计算效率和准确性。

abaqus提供了多种求解器选择，如静力分析、动力分析以及流体分析等。

在地质工程领域，静力分析是最常用的求解器，用于模拟岩土体的稳态应力分布状态。

在设置求解器之后，需要设定合适的迭代步长和收敛准则，以便模型在迭代过程中逐渐达到平衡状态。

五、后处理与结果分析地应力平衡分析完成后，需要利用abaqus的后处理功能对结果进行详细分析。

这包括绘制应力分布云图、查看节理和断层的应力状态、评估潜在的破坏区域等。

通过对结果的深入分析，可以评估地质结构的稳定性和安全性，为进一步的地质工程设计和优化提供依据。

六、优化与迭代根据后处理阶段的结果分析，可能需要对模型进行优化和迭代。

这包括调整网格密度和类型、改进边界条件和载荷设置、调整材料参数等。

通过不断优化和迭代，可以提高模型的精度和可靠性，从而更准确地模拟实际地质结构和应力分布状态。

七、注意事项在地应力平衡分析过程中，需要注意以下几点：1.确保收集足够的地质勘察资料和试验数据，以便为模型提供准确的材料属性和边界条件。

地应力与地应力丈量方法简介地应力，又称原岩应力，也称岩体初始应力或绝对应力，是在漫长的地质年月里，因为地质结构运动等原由产生的。

在一准时间和必定地域内，地壳中的应力状态是各样发源应力的总和。

主要由重力应力、结构应力、孔隙压力、热应力和节余应力等耦合而成 ,重力应力和结构应力是地应力的主要根源。

地应力的形成主要与地球的各样动力运动过程相关，此中包含：板块界限受压、地幔热对流、地球内应力、地心引力、地球旋转、岩浆侵入和地壳非平均扩容等。

此外，温度不均、水压梯度、地表剥蚀或其余物理化学变化等也可惹起相应的应力场。

而重力作用和结构运动是惹起地应力的主要原由，此中尤以水平方向的结构运动对地应力的形成影响最大。

地应力丈量，就是确立拟开挖岩体及其四周地区的未受扰动的三维应力状态，这种丈量往常是经过多个点的量测来达成的。

地应力丈量是确立工程岩体力学属性、进行围岩稳固性剖析、实现岩土工程开挖设计和决议科学化的前提。

地应力对矿山开采、地下工程和能源开发等生产实践均起着至关重要的作用，所以地应力研究是目前国际采矿界上的一个前沿性课题，近几十年来，世界上很多国家均展开了地应力的丈量及应用研究工作 ,获得了众多的成就。

跟着矿区开采现代化进度的不停提升和开采深度的不停增添，对矿区所处的地质条件和应力环境提出了更进一步的要求。

查明矿区深部煤炭资源的开采地质条件和应力环境，为深部矿井的设计、建设和生产供给更为精美靠谱的地质资料和数据，以便采纳有效技术手段和举措，防备和减少灾祸的发生，是实现矿井安全高效生产的重要保障。

地应力是惹起采矿工程围岩、支架变形和损坏、产生矿井动力现象的根本作使劲，在诸多的影响采矿工程稳固性要素中，地应力是最重要和最根本的要素之一。

正确的地应力资料是确立工程岩体力学属性，进行围岩稳固性剖析和计算，矿井动力现象地区展望，实现采矿决议和设计科学化的必需前提条件。

采矿规模的不停扩大和开采深度的纵深展开，地应力的影响越加严重，不考虑地应力的影响进行设计和施工常常造成露天边坡的失稳、地下巷道和采场的坍塌损坏、冲击地压等矿井动力现象的发生，以致矿井生产没法进行，并常常惹起严重的事故，造成人员伤亡和财富的重要损失。

地应力及其分布规律1 、地应力的基本概念地应力是存在于地层中的未受工程扰动的天然应力，也称岩体初始应力、绝对应力或原岩应力。

广义上也指地球体内的应力.它包括由地热﹑重力﹑地球自转速度变化及其他因素产生的应力。

地应力是各种岩石开挖工程变形和破坏的根本作用力;是确定工程岩体力学属性，进行围岩稳定性分析,实现开挖设计和决策科学化的必要前提条件。

此外地应力状态对地震预报、区域地壳稳定性评价、油田油井的稳定性、核废料储存、岩爆、煤和瓦斯突出的研究以及地球动力学的研究等也具有重要意义。

2、地应力的成因产生地应力的原因是十分复杂的，地应力的形成主要与地球的各种动力运动过程有关，其中包括：板块边界受压、地幔热对流、地球内应力、地心引力、地球旋转、岩浆浸入和地壳非均匀扩容等。

另外，温度不均、水压梯度、地表剥蚀或其它物理化学变化等也可引起相应的应力场。

其中，构造应力场和自重应力场为现今地应力场的主要组成部分。

当前的地应力状态主要由最近的一次构造运动所控制,但也与历史上的构造运动有关.由于亿万年来，地球经历了无数次大大小小的构造运动，各次构造运动的应力场也经过多次的叠加、牵引和改造,另外，地应力场还受到其他多种因素的影响,造成地应力状态的复杂性和多变性,地应力成因之一：地幔热对流（图１、图2）地应力成因之一：板块边界受压（图3)地应力成因之一:岩浆浸入(图4）３、地应力的影响因素地壳深层岩体地应力分布复杂多变,造成这种现象的根本原因在于地应力的多来源性和多因素影响,但主要还是由岩体自重、地质构造运动和剥蚀决定。

1)岩体自重的影响岩体应力的大小等于其上覆岩体自重,研究表明：在地球深部的岩体的地应力分布基本一致。

但在初始地应力的研究中人们发现，岩体初始应力场的形成因素众多，剥蚀作用难以合理考虑,在常规的反演分析中，通常只考虑岩体自重和地质构造运动2)地形地貌和剥蚀作用对地应力的影响地形地貌对地应力的影响是复杂的,剥蚀作用对地应力也有显著的影响，剥蚀前,岩体内存在一定数量的垂直应力和水平应力，剥蚀后，垂直应力降低较多，但有一部分来不及释放，仍保留一部分应力数量,而水平应力却释放很少，基本上保留为原来的应力数量，这就导致了岩体内部存在着比现有地层厚度所引起的自重应力还要大很多的应力数值。