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岩土工程数值分析之我见(二)

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东南西北人 发表于 2015-11-21 11:15:39 | 显示全部楼层 |阅读模式
既然数值分析工具是解决工程实际问题的利器,那么为何同时有那么多同行觉得这个东西中看不中用呢?笔者觉得除了数值分析工具本身的局限性以外(实际上任何一种工具都是有其局限性的)使用者要为此承担不小的责任。现在很多所谓的数值分析都是先由专业技术负责人拍板结果,然后再做分析“闭合”,当做命题作文来做。而且为了“与经验值较为吻合”,可谓无所不用其极,十八般武艺轮流登台。

岩土工程数值分析之我见(二)

———从岩土工程师的角度理解数值分析方法在岩土工程中应用


回到同济转了一圈,又看到了当年的身影。这回想讲的轻松点。


既然数值分析工具是解决工程实际问题的利器,那么为何同时有那么多同行觉得这个东西中看不中用呢?笔者觉得除了数值分析工具本身的局限性以外(实际上任何一种工具都是有其局限性的)使用者要为此承担不小的责任。现在很多所谓的数值分析都是先由专业技术负责人拍板结果,然后再做分析“闭合”,当做命题作文来做。而且为了“与经验值较为吻合”,可谓无所不用其极,十八般武艺轮流登台。


为活络下气氛我就先讲个故事吧。


某公司的某个基坑项目:开挖深度6m左右,采用一道支撑结合钻孔灌注桩围护结构的基坑,要求进行基坑开挖对周边环境的影响分析,土体本构拟采用MC模型分析(公司购置的正版软件可能没有其他模型可选)。很显然,由于MC模型为理想弹塑性模型且只有一个变形模量,很难胜任对基坑开挖的模拟。基坑的主动土压力区域以剪切为主(sigma3不断减小,偏应力不断增加),然而坑底,特别是基坑中间区域坑底的土体以卸载为主(偏应力不断减小的过程)。做过室内三轴加卸载试验的朋友都知道,土体的加载(剪切)模量和卸载模量差别是很大的。因此,从理论上分析,很难用MC模型准确的分析基坑的变形。


现在这个问题就变成:已知土体材料为MC(也可采用高级模型,但是仅有勘察报告可参考,参数自己搞定),工程经验为围护结构侧向变形3~4cm,土体竖向沉降最大2~3cm,坑底隆起量最大4~5cm,围护结构的变形特征为“鼓肚子”且围护结构的底部侧向变形不得大于0.5cm,要求采用主流岩土工程数值分析软件“推导”出上述结果。


工程师A是比较中规中矩的,根据命题的最低要求采用MC模型模拟,各项参数均依据勘察报告中的建议值选用。不过碰到了小纠结:

(1)强度参数只有直剪试验指标,就它了,否则我还能怎么办?;

(2)勘察报告中只有压缩模量Es0.1~0.2,这个和MC的变形模量有啥关系呢?用了再说吧,也只有这个选择了。好不容易模型建好了,开挖工况设置好了,还检查了一边参数是否有输错,工况是否无误,就迫不及待的的点击了“RUN”。若干时间后(视软件的计算效率和硬件水平)结果出来了,第一时间点击了“水平位移叠加位移矢量”,结果为水平位移9cm,灌注桩严重踢脚,整个模型呈“转动”的趋势。整个分析结果完全和经验值两码事情,无论从趋势或者数值上都是没有任何关系。但是领导催着交差呢,只好忐忑的跑去见技术负责人:有限元果真是RIRO(rubbish in , rubbish out),出来的东西简直亮瞎您的眼睛啊,我能力有限还是让别人搞吧。


工程师B是比较好学的,早就听说了MC模型不适合分析开挖卸载问题,查了点资料,发觉采用HSS(小应变硬化土)模型分析基坑还是不错的,而且手头的Z软件中正好有这个模型,天助我也!打开本构参数输入菜单就傻眼了,一坨一坨的参数需要输入。然后看看手头的勘察报告,只有直剪固快指标,只有压缩模量,还有这个gama0.7是什么玩意?郁闷哦。忽然灵光一闪,在HSS模型出来前,貌似用HS分析基坑也是可以的。因此,把HSS的“S”disable掉,果然参数少了好多。不过,还是有E50模量、Eur模量搞不定,还好手册上有模量之间的倍数关系的建议值,Eur=3~5E50,E50=Es,保险起见取5倍吧。结果出来了,侧向变形8cm,地表沉降6cm,坑底隆起10cm,围护结构有“鼓肚子”的取值,但是端部侧向位移还是有点大哦。总体判断,趋势可行,但是数值和经验值差太多了,这个结果拿出去,即便领导放行,那到评审机构也会被砖家羞辱一番的。此时一定要沉着冷静,现在面对的问题是所有的变形都超标2倍左右,趋势基本可行。有了,将所有模量放大两倍不就可以了嘛?模型和工况都不用改,只改改模量参数即可。结果出来了,长舒了一口气,结果基本和经验值差不多了,不过貌似地表沉降的影响范围稍微远了点,貌似5倍基坑开挖深度以外还有2mm的沉降,这个好像有点问题哦。这个好解决,调整下云图legend的色阶,原先最大最小值之间是20个色阶,一个色阶的位移差是2mm,现在调整成10个色阶,这样0和2mm同属于一个色阶了,根本看不出来。领导看了结果后,还是比较满意的,夸工程师B有悟性。不过有悟性的人也干了快两天了,此时同事已经把一个新的基坑方案做好了。


工程师C脑子非常活络,是不可多得的人才。他分析过程的前半段和工程师A基本一样,当然分析结果也基本一样。但这样傻乎乎的交出去显然有失水准啊。分析下面临的问题及对策:

(1)侧向变形大,可以通过成倍增加模量解决,为了实现调试的次数最少,可以采用“二分法最优化原理”。

(2)整个模型呈转动趋势,显然是由于坑底隆起量太大引起的,一定要采取必要措施控制坑底隆起来那个。最有效果的就是“压载”,不过如何自圆其说?不是有很多工程桩嘛,就说工程桩对土体的竖向约束等效为“广义压载”,先考虑20kPa看看结果,不够再加嘛。半天时间结果就交到领导手里了,领导说还是你效率高。


评审的时候到了,砖家花了99%的时间讨论了方案从图面质量的标注问题到施工时候的注意事项,花了1%的时间讨论下数值分析的评估结果:计算结果和经验差不多,方案基本可行。


不需要对号入座,不知道是否把一些信息传达到位?如果没有,是我能力有限。




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zong2006 + 1 牛!
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鲜花(144) 鸡蛋(3)
 楼主| 东南西北人 发表于 2015-11-21 11:19:48 | 显示全部楼层
相关帖子:

岩土工程数值分析之我见(一)
http://www.eswnman.net/thread-246195-1-1.html

岩土工程数值分析之我见(三)
http://www.eswnman.net/thread-246196-1-1.html

(出处: 东南西北人)
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122066875yu 发表于 2015-11-21 14:04:18 | 显示全部楼层
本帖最后由 三T上人 于 2016-7-22 16:02 编辑 <br /><br />好帖子,必须赞一个

SOSO.CC
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flyingegg 发表于 2016-10-21 21:10:20 | 显示全部楼层
不错,感谢楼主 这个帖子太好啦
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songjungu 发表于 2016-11-8 02:01:53 | 显示全部楼层
good
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flyingegg 发表于 2023-9-24 15:45:17 | 显示全部楼层
自己知道了  
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