地应力,地应力分布规律

（1）垂直应力分布 图1-6 垂直应力与深度的关系 （Hoek＆Brown，1978） 胡克和布朗（Hoek＆Brown，1978）总结出世界各国垂直应力分量随深度H的变化规律（图1-6），反映出垂直地应力主要与埋深有关。实测垂直应力分量随深度呈线性增长，其量值随不同地区而有所差异。据Н.К.булин（1951）（转引自孙广忠，1988）对世界上许多矿山和盆地的实测地应力结果分析认为，在25～2700m范围内，垂直应力与随深度线性增加，其增加率与一个地区岩层的平均密度相当。 （2）“水平”地应力 许多学者对沉积岩中水平应力进行过测量和分析。G.Herget（1951）的统计结果表明，水平应力可能出现三种情况（图1-7）：①在构造稳定的地台区，水平应力一般小于垂直应力；②当构造应力较小时，水平应力主要为垂直应力产生的“诱导”应力；③而在构造活动带或盆地周边地区水平应力一般普遍大于垂直应力。 图1-7 水平应力随深度而增加 （G.Herget，1951） ①②③说明见正文 图1-8 平均水平/垂直应力与深度关系 （Hoek＆Brown，1978） 胡克和布朗（Hoek＆Brown，1978）总结出的平均水平应力与垂直应力的比值K随深度H的变化规律（图1-8）。上述关系反映出，在盆地浅层经常出现水平应力大于垂直应力的情况。这种现象表明，构造等其他应力作用的存在。 上述资料说明，沉积盆地中的水平地应力分布具有如下特点：①水平应力随着埋深的增大而增大；②两个水平方向在无重力以外的其他应力来源时，两者相同。当叠加了构造应力后，两者存在差别，并具有方向性；③构造活动区及浅层，水平应力一般大于垂直应力，而稳定地台区和深层，水平应力小于垂直应力，每个地区因构造、地质条件的不同这种变化可能是不同的。 （3）地应力方向问题 一般认为地层中岩石单元的应力由垂直地应力和两个水平地应力所构成（图1-9）。由于地应力分布的复杂性，使得应力单元并不是上述简单的情况，在一些情况下，应力与水平面有夹角关系。如北海的Mirren油田，因盐丘体作用使得应力围绕盐丘体复杂分布，造成近最大主。应力方向与水平方向呈20°～40°夹角（A.C.Afghoul，2004）（图1-10）。 图1-9 世界地应力方向分布及应力单元 从龙门山推覆构造带的构造行迹分析，推覆构造作用力方向，主体为EW、EN、ES方向，川西前陆盆地中不同的构造、不同层位，以及是否存在断层等，都可能造成应力方向的变化。 据川西南部白马地区侏罗系蓬莱镇组地层的应力场模拟结果（图1-11），近“水平”的构造应力存在8°～12°的倾角。这与龙门山前缘推覆断层的产状，造成的“斜向”推覆作用有关。

地应力的分布规律：
（1）岩体中存在三向不等的空间应力场；
（2）垂直向应力语岩体自重的关系；
（3）平应力与垂直应力的关系：100/H+0.30≦λ≦1500/H+0.50；
（4）水平应力具有强烈的方向性。
地应力（crustalstress）存在于地壳中的应力。即由于岩石形变而引起的介质内部单位面积上的作用力。它一般包括两部分：（1）由覆盖岩石的重量引起的应力，它是由引力和地球自转惯性离心力引起的；（2）由邻近地块或底部传递过来的构造应力。这种应力是指与标准状态差异的部分，它除包括由邻近地块或底部传来的现代构造应力外，还包括过去构造运动残留下来而尚未完全松弛掉的残留应力，以及附近人为工程（如隧洞、开采面）引起的应力变化。构造应力直接反映地壳运动的动力源，它是造成地震的一个重要因素。在构造应力强烈的地区开挖隧洞，由于洞壁成为自由表面容易变形，使洞体逐渐缩小或造成坍塌，因此研究地应力具有重要的意义。
影响地应力的因素：（1）地形因素的影响：地形的影响常在侵蚀基准面以上及以下一定范围内表现特别明显；（2）地质构造的影响：地质构造决定了地应力的类型、大小和方向。

地应力(也称岩体初始应力或叫绝对应
力,原岩应力)是存在于地层中的未受工程扰
动的夭然应力,是导致岩土(石)工程变形与
破坏的根本作用力,也是岩土(石)工程设计
的重要依砂-670
1912年瑞士地质学家A.Heim首次提出
了地应力的概念,并提出了地壳中任意一点
的应力在各个方向上均相等,均等于单位面
积上覆岩层的重量的观点(即海姆静水压力
说).前苏联科学家A.H.,aiaHHHK于1926年
对海姆静水压力说进行了修正,指出地壳中
各点的竖向地应力等于上覆岩层重量,侧向
地应力(即水平地应力)是泊松效应的结果
(称金尼克非均衡压力说).N.Hast于20世
纪50年代在斯堪的纳维亚半岛进行了实际地
应力测量,得出了地壳上部最大地应力几乎
处处水平或近水平,且最大水平主应力为竖
向应力I至2倍或更多倍的结果I,一"].
后来,人们认识到要正确的获得地应力就
必须进行地应力测量,为此,人们研究出了许
多地应力测量方法[[14-明(象扁千斤顶法,刚性
包体应力计法,水压致裂法,声发射法,全应
力解除法,局部应力解除法,松弛应变测量法,
孔壁崩落测量法,物探法,孔径变形法,孔底
应变法,孔壁应变法,空心包体应变法,实心
包体应变法等),这些方法测出的地应力与实际
地应力间总存在一定的差距,如何才能以最简
捷的方法获得地应力值是笔者十余年来一直在
潜心探索的重要问题之一[I8-代
地应力产生的原因是什么至今仍在困扰
着地学界,人们一般认为地应力的形成主要
与地球的各种动力运动有关,这些运动包括
大陆板块边界受压,地鳗热对流,地球内应
力,地心引力,地球旋转,岩浆侵入,地壳
非均匀扩容以及温度不均,水压梯度,地表
剥蚀或其它物理化学变化,并且认为构造应
力场与重力应力场是地应力场的主要组成部
分.在浅层地壳地应力是一个具有相对稳定
性的非稳定重力场,是时间及空间的函数,
经常受到各种地质要素的干扰(比如地形,
地表剥蚀,风化,岩体结构特征,岩体力学
性质,温度,地下水等);竖向地应力基本等
于上覆岩层重量;水平地应力普遍大于竖向
地应力;平均水平地应力与平均竖向地应力
的比值随深度的增加以不同的速率减小;最
大水平主应力和最小水平主应力随深度线形
增大;最大水平主应力远大于最小水平主应
力且表现出很强的方向it [3, 7, 10-1310
笔者通过长期的思索认识到地应力产生的
最根本原因还在于重力(即地心引力),重力不
仅可以产生竖向地应力,而且还可产生水平地
应力(这一点恰恰在近一个世纪的时间里没能
引起人们的注意).笔者以地球物理学基本观点
及地球重力场理论为指导,经过填密的理论推导,
得出了重力所致竖向地应力和水平地应力的科学
表达方式,并将这一.研究成果应用于实际工程,
产生了合乎实际的效果,故此特撰文予以介绍.
1重力所致地应力计算的基本思
路
图I中BEJI为地壳内部两侧壁铅直等高,
上下面为水准面且相互平行的一准长方体的横断
面.准长方体底面高程为H,,顶面高程为HZ,
底面宽为2a,侧壁高为(H 一H,),纵向长为
wo准长方体所在地区的平均高程为H.
图t中ABC区域为准长方体BI侧壁的水平
地应力作用区,CIJF,区域为准长方体顶面
(刃3 1)竖向地应力作用区.准长方体另一侧
壁EJ的水平地应力作用区的确定方法同BI侧
壁,其计算方法也同BI侧壁,限于篇幅,不再
赘述.
Q为准长方体BI侧壁水平地应力作用区
内一个微元,微元质量为dm(即地心引力),
地心引力dm的横向分量dm"即为微元Q对准
长方体侧壁BI的侧压力.BI侧壁水平地应力
作用区域ABC是由无数个相互紧密接触的微
元构成的,作用区域全部微元重力(地心引力)
横向分量的合力即为准长方体BI侧壁的总侧
压力.
C为准长方体顶面"03J )竖向地应力
作用区域内一个微元,微元质量为do(即地心
引力),地心引力do的竖向分量do'即为微元
Q,对准长方体顶面的正压力.顶面竖向地应力
作用区域也是由无数个相互紧密接触的微元构
成的,作用区域全部微元重力(地心引力)竖
向分量的合力即为顶面的总正压力.
从以上论述可以看出,准长方体侧壁侧
压力及顶面正压力均来源于相应作用区域内
岩土(石)受到的地心引力,也就是说,地
壳内准长方体所受的各种压力均来源于地心
对岩土(石)的引力.

图1地应力计算原理示意
Fi& l Calculation principle of the crustal stress
万方数据
第4期姜晨光彭建国顾红祥:地应力的重力来源与计算方法探讨
2地壳内准长方体地应力计算方法

大地水准面对地心O的半径R(地
球平均半径)为6 371 000m,见图to
2.1地壳内准长方体侧壁侧压力及水平地应力
计算
以准长方体BI侧壁为例介绍计算方
法.
准长方体BI侧壁的水平地应力作用区域
为ABC,对于准长方体侧壁BI水平地应
力作用区域内任一微元Q,其质量为dm,
则该微元所受的地心引力也大致为d,,该
引力的横向分量为
dm'=(dm) (sindO)(1)

由于dO很小,故

sindO=dO (2)

dm'=(dm) (dO) (3)
在扇形BOO,中
(OB)=(020)=R+H, (4)
O,=al(OB)=a/(R+ H,) (5)
O.单位为弧度.
在直角三角形BqO中
(O, B)=(0B) sin O,=(R+H,)sinO,

(6)
(010)=(OB) cos O,=(R+H,)cos0,

(7)
在直角三角形A00,中
(OA)=R+Hm (s)
02=arccos[(O,O) /(OA)]

=arccos[(R+ H,)cos0, /(R+H,)]

(9)

一了(*+Hm),一(R+H,)2 COS2 9,

一(R+HI)sin矶(12)-
在直角三角形BCD中
H'=(BC) cos已=(H.一H,) cos B,

(13)
该准长方体BI侧壁水平地应力作用区岩
土体总质量m为
m二pWL H' 12(14)
式(14)中,p为岩土体平均密度,W
为准长方体纵向长.
故该准长方体BI侧壁所受的水平地压力
P可以用以下积分式表达,即
,一Jo玲(dm)(dO)一m(B,一BD (15)
由于该准长方体BI侧壁总面积S为
S=(H:一H, )W(16)
故该准长方体BI侧壁的水平地应力a为
.二P/S=m(B:一B, ) l[(H:一H,)W]

(17)
2.2地壳内准长方体顶面正压力及竖向地应力计
算
准长方体顶面刃31的竖向地应力作
用区域为〔'IJF,对于准长方体顶面竖向地
应力作用区域内任一微元C(质量为dn),
其地心引力竖向分量do'为
dn"=(dn) cos (de)(18)
由于d.及B,均很小很小,故cos (de)
二cos9,二1,故有
PD =Jo do一m'一,O S'W
dn'=do
(20)
(19)
(O, A)=4(0A),一(O, 0),
=廿(R+H.),一(R+H,)' cos'已
假设(AB)二L,故在直线
(O, A)=(AB) + (BO, )
即(O,A)=L+(BO,)
故L=(0,A)一(BO,)

(10)
ADBq上(11)
因此,该准长方体顶面竖向地应力作
用区域对顶面的总正压力凡为
式(20)中,m,为该准长方体顶面竖
向地应力作用区域岩土(石)体的总质量,
W为该准长方体纵向长,PI为顶面竖向
地应力作用区域的岩土(石》体平均密度,
S'为顶面竖向地应力断面范围内的断面面
积(即断面CO,FJO,I的面积)o了可以近
似用扇形〔'OF与扇形I(刀的面积之差表
万方数据
化工矿产地质2003
示,即
S'=(R+Hm)2(2已)/2-
=(R+H.)2拭一(R+H2)2B, (21)
准长方体顶面总面积为SD为
SD=2只(R+H2) W (22)
则准长方体顶面竖向地应力UD为
二.=P/S, (23)
2.3准长方体侧壁水平地应力作用区域范围
的界定
准长方体BI侧壁水平地应力作用区域的外
边界为过准长方体断面底的中点且与该点铅垂
线垂直的水平线与地面的交点(见图1中的A).
JE狈组壁的确定方法同Bl.

Pa=398.561MPa,
3.2准长方体顶面竖向地压力PD及竖向地
应力6D的计算
(1)根据式(21)计算S',S'=6 622.162 m2;
(2)根据式(20)计算凡,
凡=(85 757.005 41ft)=840 418
653N;
(3)根据式(22)计算顶面总面积SD >

SD=110.000 103 6 m2;
(4)根据式(23)计算or, ,

6n=7 640 162.378 Pa} 7.640MPa.
3算例
地壳内某准长方体(参见图1),纵向
长w为5m,横断面宽度为22m(即a=1 1m),
底部高程H, =18m,顶部高程H2 =24m,该
准长方体地应力(包括水平地应力,竖向
地应力)作用区域地面的平均高程
H. =325m.
准长方体地应力作用区(包括侧壁水
平地应力作用区及顶面竖向地应力作用
区)内岩土(石)体的平均密度(容重)P
=2.59t/m' .
3.1准长方体左,右侧壁水平地压力P及水平
地应力.的计算
(1)根据式(5)计算01,

口!=0" 00' 00" 35 613;
(2)根据式(12)计算L, L=62 534.176m;
(3)根据式(9)计算02,

82=00 33' 44" 86 552;
(4)根据式(13)计算H',H' =307m;
(5)根据式(14)计算,,
rn=124 306997.81=1.218 208 578 X 10" N;
(6)根据式(15)计算P, P=1.195 683 715

X 10'0N;
(7)根据式(16)计算S, S=30mi;
(8)根据式(17)计算该准长方体左,右
侧壁水平地应jja, a=398 561 238.5
4讨论
本文从理论上探讨了地应力产生的原
因,给出了新的,简捷的水平地应力及竖
向地应力的计算方法,本文给出的水平地
应力与竖向地应力计算方法有利于实现计
算机编程计算,可以极大地便利地下工程
的工程设计与施工设计,为地下工程建设
提供可信度较高的基础数据.
本文的结论是建立在地球物理学和地
球重力场理论基础上的,具有一定的科学
性.本文的研究成果已成功的应用于隧道
工程设计,并在实际工程中有着良好的表
现.从实际工程应用效果看,本文的计算
结果与实测结果吻合程度较高,其计算结
果的准确性优于目前在用的其它计算方
法,具有一定的可靠性与先进性.当然,限
于笔者水平,文中难免存在这样或那样的
缺陷与不足,希望大家在应用过程中多多
提出批评.
致谢:本项目的研究工作承蒙于文浩
教授,丁惟峻研究员的悉心指教,谨此致
谢!
万方数据
第4期姜晨光彭建国顾红祥:地应力的重力来源与计算方法探讨239
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A NEW EXPLORATION ON CALCULATION METHOD AND
ORIGIN OF THE CRUSTAL STRESS OF THE GRAVITY

Jiang Chenguang ' Peng Jianguo 2 Gu Hongxiang 3
(1.LaiyangAgricultural College: 2. Institute ofTrafc Plan, Prospection and Designation ofHunan

Province; 3. Jiaying Institute)

Abstract
According to the basic theory of geophysics and characterisrics of gravity field of the earth, the author
probes into the origin of the crustal stress of the gravity .On the basis of strict theoretical analysis,that the
primary reasons for caused the crustal stress is the gravity(that is the terrestrial gravity)has been pointed
out in this paper.The gravity not only can caused the vertical crustal stress,but also it can caused the
horizontal crustal stress.It gives the scientific voice way of vertical crustal stress and horizontal crustal stress
by gravity.
Key words : the crustal stress, the horizontal crustal stress, the vertical crustal stress, origin, scientific
voice way, calculation method
万方数据

地应力
存在于地壳中的应力.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.地质力学认为,地壳内的应力活动是使地壳克服阻力、不断运动发展的原因；地壳各处发生的一切形变,如褶皱、断裂(见节理、断层)等都是地应力作用的结果.
通常,地壳内各点的应力状态不尽相同,并且应力随(地表以下)深度的增加而线性地增加.由于所处的构造部位和地理位置不同,各处的应力增加的梯度也不相同.地壳内各点的应力状态在空间分布的总合,称为地应力场.
与地质构造运动有关的地应力场,称为构造应力场.通常指导致构造运\动的地应力场.有人也将由于构造运动而产生的地应力场简称为构造应力场.在地质力学中,构造应力场是指形成构造体系和构造型式的地应力场,包括构造体系和构造型式所展布的地区,连同它内部在形成这些构造体系和构造型式时的应力分布状况.有多少类型的构造体系,就有多少种类的构造应力场.一定型式的构造体系所代表的应变图像,反映了其构造应力场的特徵.通过对构造应力场的分析研究,可以推演构造运\动的方式和方向,把各个大陆及地区运动的方式和方向综合起来,可以推断地壳运\动的方式和方向,进而探索地壳运动的起源.
存在於某一地质时期内的构造应力场称为古构造应力场.现今存在的或正在活动的地应力场称为现今构造应力场.现今构造应力场的研究,既要实地考察挽近地质时期,特别是第四纪以来,岩石、地层发生的构造变形以及地区的升降,也要用适当的仪器装置及其他方法,直接测量现今地应力的活动.进行地应力测量时要根据活动的构造体系、活动的构造带(如地震带)和重大工程建设要求来布置测点,同时配合相应的地质工作.
地应力活动会产生或影响地质构造.剧烈的地应力活动会引起地震.地应力活动还可影响地壳内岩石、矿物的物理性质和化学性质.因此,也可以利用这种物理和化学性质的改变来分析地应力的活动情况.

地应力是存在于地壳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。地质力学认为﹐地壳内的应力活动是使地壳克服阻力﹑不断运动发展的原因﹔地壳各处发生的一切形变﹐如褶皱﹑断裂(见节理﹑断层)等都是地应力作用的结果。

通常﹐地壳内各点的应力状态不尽相同﹐并且应力随(地表以下)深度的增加而线性地增加。由于所处的构造部位和地理位置不同﹐各处的应力增加的梯度也不相同。地壳内各点的应力状态在空间分布的总合﹐称为地应力场。

与地质构造运动有关的地应力场﹐称为构造应力场。通常指导致构造运\动的地应力场。有人也将由于构造运动而产生的地应力场简称为构造应力场。在地质力学中﹐构造应力场是指形成构造体系和构造型式的地应力场﹐包括构造体系和构造型式所展布的地区﹐连同它内部在形成这些构造体系和构造型式时的应力分布状况。有多少类型的构造体系﹐就有多少种类的构造应力场。一定型式的构造体系所代表的应变图像﹐反映了其构造应力场的特徵。通过对构造应力场的分析研究﹐可以推演构造运\动的方式和方向﹐把各个大陆及地区运动的方式和方向综合起来﹐可以推断地壳运\动的方式和方向﹐进而探索地壳运动的起源。

存在於某一地质时期内的构造应力场称为古构造应力场。现今存在的或正在活动的地应力场称为现今构造应力场。现今构造应力场的研究﹐既要实地考察挽近地质时期﹐特别是第四纪以来﹐岩石﹑地层发生的构造变形以及地区的升降﹐也要用适当的仪器装置及其他方法﹐直接测量现今地应力的活动。进行地应力测量时要根据活动的构造体系﹑活动的构造带(如地震带)和重大工程建设要求来布置测点﹐同时配合相应的地质工作。

地应力活动会产生或影响地质构造。剧烈的地应力活动会引起地震。地应力活动还可影响地壳内岩石﹑矿物的物理性质和化学性质。因此﹐也可以利用这种物理和化学性质的改变来分析地应力的活动情况。

地应力是引起采矿、水利水电、土木建筑、铁道、公路、军事和其他各种地下或露天岩土开挖工程变形和破坏的根本作用力，是确定工程岩土力学属性，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必要前提。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、核废料的储存、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。

地应力一般是指地壳中的应力,如果扩大范围可以泛指地球固体部分内的应力。地应力是矢量,具有三要素:一是三维空间位置;二是矢量方向;三是量值大小,即矢量长度(图4-1A)。任何物体受力,则内部同时产生位错、位移(应变)、应力,这已成共识,在地壳内部则同时相应产生地形变、断层位移和地应力,三者共生,而且彼此可以转换(图4-1B)。 图4-1 力与地应力的基本概念及对应关系 地应力场是在考虑岩石力学性质的前提下,由空间各点地应力状态构成的场,用于分析地应力在三维空间的变化规律(图4-2)。 图4-2 岩石力学与构造应力场的关系

1) 地应力是一个相对稳定性的非稳定应力场，且是时间和空间的函数 三个主应力的大小和方向是随着空间和时间变化的，因而它是个非均匀的应力场。地应力在空间上的变化，从小范围来看，其变化是很明显的；但就某个地区整体而言，变化不大。如我国华北地区，北西到近于东西的主压应力。 在某些地震活跃的地区，地应力大小和方向是随时间的变化也是非常明显的，在地震前，处于应力积累阶段，应力值不断升高，而地震时，集中的应力得到释放，应力值突然大幅度下降。主应力方向在地震发生时会发生明显改变，震后一段时间又恢复到震前状态。 2) 实测垂直应力基本等于上覆岩层的重量 E. Hoek和E.T. Brown总结出的实测垂直应力随深度H变化的规律。在深度为25~2700m范围内，实测垂直应力呈线性增长。 在埋深小于1000m时，测量值与预测值可能差别很大，有的甚至相差达到5倍，因此这个方程可以很好地估算出所有应力测量值的均值，但绝对不能用它来得到任一特定位置处的准确值，因此最好是测量而不是估算来确定垂直应力分量。 部分地区垂直应力与埋深的关系（图5） 3) 水平应力普遍大于垂直应力 实测资料表明，几乎所有地区均有两个主应力位于水平或接近水平的平面内，其与水平面的夹角一般不大于30度，最大水平主应力普遍垂直应力，两者之比一般为0.5~5.5，在很大情况下都大于2。 总结目前全世界地应力实测结果，得出σh,max/σv之值一般为0.5~5.0，大多数为0.8~1.5。这说明，垂直应力在多数情况下为最小主应力，在少数情况下为中间主应力，极个别情况下为最大主应力。 4) 平均水平应力与垂直应力的比值随深度增加而减小 E. Hoek和E.T. Brown研究了世界各地116个现场地应力测量资料，平均水平应力与垂直应力的比值K。 3/4 部分地区水平应力系数与埋深的关系（图6） 5) 最大水平主应力与最小水平主应力也随深度呈线性增长关系 6) 最大水平主应力与最小水平主应力之值一般相差较大，显示出很强的方向 性 7) 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 最大主应力在谷底或河床中心近于水平，而在两岸岸坡则向谷底或河床倾斜，并大致与坡面平行

我也是新手这些资料你看看吧！都是在网上找的，看完应该能明白个大概！
初始地应力平衡应该满足：
（1） 竖向位移为零或者很小，一般至少10的负6次方，甚至更小
（2） 竖向应力s22要等于土体深度*密度*g




关于地应力的平衡方法,综合了版上的一些意见,结合了自己的想法,对于初始地应力的施加,得到了e-6的效果,方法比较简单,与大家分享!
1.先施加重力荷载的作用,可以在cae中实现;
2.在inp文件中的output request中写上
*el print
s,
这样就会将施加重力荷载后的应力输出到*.dat文件中了;

3.在*.dat文件中,将单元应力的序号及单元的应力拷出,例如
ELEMENT T FOOT- S11 S22 S33 S12
NOTE

1 1 -1.2598E+05 -1434. -3.1852E+04 892.7
2 1 -1.2249E+05 -6287. -3.2194E+04 1223.
3 1 -1.1795E+05 -497.7 -2.9611E+04 1664.
4 1 -1.1210E+05 -7240. -2.9834E+04 1992.
5 1 -1.0485E+05 579.0 -2.6068E+04 2600.
6 1 -9.5803E+04 -8272. -2.6019E+04 3031.
7 1 -8.4709E+04 1915. -2.0698E+04 4083.
8 1 -7.0634E+04 -9746. -2.0095E+04 4339.
9 1 -5.1088E+04 5401. -1.1422E+04 8519.
10 1 -2.4353E+04 -1.1150E+04 -8876. 1.2126E+04
11 1 -1.2847E+05 268.1 -3.2050E+04 738.1
12 1 -1.2786E+05 -9868. -3.4433E+04 629.1
13 1 -1.2938E+05 -4224. -3.3402E+04 502.5
14 1 -1.3039E+05 -3458. -3.3461E+04 165.9
单独存为一个*.dat文件,
4.用excel打开该文件,将其中的1所在的列去掉,在每个单元号前面加上其instance. ,即单元编号变为: instance名称.序号 ;注意不同的instance和part要都按照其所在的单元从小到大编号,而不是按照他们在整体单元编号来编号!
5.接下来就在excel把该文件另存为*.csv格式的文件(即带有逗号分隔符的格式),
6.最后在inp文件的step之前写上
*initial conditions,type=stress,input=文件名.csv即可!
这种方法不需要用python,比较简单,希望能对大家有用!






先说为什么要施加地应力：
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。这就是为什么我们将提取出的内力施加于几何模型后必须再施加重力的原因。为的是内力和外力平衡。) q0 F3 q6 H1 O#
3. 地应力场的方向问题，有网友在论坛里问，既然重力是向下，为与重力平衡，那应力场的方向是不是向上呢，这同样是我开始接触abaqus的疑问，相信很初学者也有这样的疑问，我的理解是内力是没有向上、向下或者向其它方向的概念的，内力只有拉力或压力或剪力之分，其方向也按是拉是压是顺时针或逆时针而分，内力往往都是成对出现，如地应力场中的应力以压应力为主，取一个微元，则压应力同时出现在向下和向上，你能说地应力就是向上，与重力反向吗？
不怕各位笑话，以上几点在高手看来是很简单的问题，却是我经历了漫长而艰辛的摸索才得到的，今天也写给初学者，不要再走我的老弯路了。
aba中初始地应力场平衡一般在表面水平的情况下仅仅和密度相关，密度一样的话平衡的结果很好，别的参数改变之后经过计算，差别很小。表面不水平的情况则最好通过文件导入初应力的情况进行平衡。一般来讲，表面不平的时候有很多因素造成误差很大。




地应力平衡方法：
第一步：建立模型，材料，分析步（GEOSTATIC）
第二步：施加荷载，LOAD，选择施加重力GRAVITY，在你想施加重力的方向输入数值9.8
第三步：在命令行中输入mdb.models['模型名字'].setValues(noPartsInputFile=ON) (请严格按照
这个格式，注意大小写的字母
第四步：提交J0B，完成后
第五步：按以下步骤,Roport---Report Field Output---选中S11,S22,S33,S12,S13,S23---Name:XX.INP
---Write中选择Field Output-------------ok!!!
[第六步：用软件(推荐使用UltraEdit很好编辑的)打开XX.INP，保存格式内容
单元号 S11 S22 S33 S12 S13 S23 （请注意，在保存内容中没有这一行的）
, . , . , . , . , . ,
, . , . , . , . , . , .
, . , . , . , . , . , .
, . , . , . , . , . , .
这个结果文件是最重要的，在所保存的文件中只有数值部分，没有英文字母，没有!
上面那个“单元号”这一行，而且单元号前面也没有什么PART名字什么的，就是1，2.
.......这些数字。
第七步：在ABAQUS----Model---Edit keywords---Model-1(这就是你的Model名字)---在材料属性后面
加上：*initial conditions,type=stress,input=xx.inp 完成,
第八步：重新提交JOB，OK
第九步：如果你还没有成功的话，那我只能说----------------我无语了。
ABAQUS的这项功能确实很不错。：）这个功能让基坑开挖、隧道开挖等的初始应力，开挖后的残余应力很好的显示；也可以很好的模拟铁路设计中的工后沉降的概念，在地应力平衡后，加上荷载所得沉降即为工后沉降；也很好的模拟了桩土复合地基的问题，如果没有初始应力的模拟，使土对桩产生了挤压应力，从而通过设定摩擦系数就可以模拟了桩与土之间的摩擦力；除此之外，在进行挡土墙计算时也需要ABAQUS的这项功能，反正很多都用得着。
希望我的建议能帮助初学者（其实我也是初学者，呵呵）很快掌握这个技巧。




地应力平衡的正确时间点
所谓地应力平衡是指, 当我们建任何东西或挖任何东西之前, 地表的位移都是零, 但是土体的应力却存在, 这种无位移但有应力的时间点叫地应力平衡. 那么正确的时间点应该是什么呢, 就是不管土原来是什么样的, 高山, 河流, 丘陵, 平原都可以, 关键是在我们对它做任何扰动之前. 有些人问桩土作用如何平衡? 这个问题首先就是错的, 因为地应力平衡的时候是不能有桩的. 一旦有桩就跨过了地应力平衡这个时间点, 数值模拟要忠实于实际情况, 不能想当然, 所以正确的选择时间点是地应力平衡计算中最最关键的.
处理地应力平衡的三种方法
1.地表水平土层分层水平的情况下的地应力平衡
地表水平而且土层分层水平的情况下的地应力平衡是最简单的情况, 事实上也是大多数计算用到的平衡方法, 这个时候可以用ABAQUS提供的*initial conditions, type=stress, geostatic方法来做. 具体怎么写这个语句, 请自行参考文档.
2. 其它的情况下的地应力平衡 [' s4 x& ]% I8 A# x* c1 Y$ q
地表不水平或土分层不规则的情况下只能使用导入地应力数据的方式进行地应力平衡, 其方法的核心是给土体加重力, 不必理会其土体位移, 只是单纯的提取每个单元的平均应力, 再将这个应力读回ABAQUS作为初始应力, 以达到平衡土体位移的效果. 具体操作参考这个贴
http://forum.simwe.com/viewthread.php?tid=762963&highlight=%B5%D8%D3%A6%C1%A6%C6%BD%BA%E2,
3. 不预设地应力
所谓的不进行地应力平衡是指计算前不设定土体位移归零, 而是记录下土体在重力作用下每个结点的位移值, 在进行后继计算后, 将位移结果减去重力作用下每个结点的位移值就能得到当前计算步的净位移, 这种方法只适用于小变形分析, 不适用于几何非线性的情况, 好处是收敛性好, 精度高, 因为记录的是结点位移, 缺点是麻烦, 因为要提前记录, 还要处理数据.
1法是对单元集进行赋值, 与结点集无关;
常见的问题
1. 有结构物的情况如何平衡?
有结构物的情况下就不是正确的平衡点, 如果一定要这样平衡, 比如原来有一个隧道, 现在在上面建房子, 要估计这种情况下的追加位移是多少, 这种情况下可以用上面的方法2和3来完成.
2. 多层土的情况下的平衡?
多层土的情况可以根据不同的情况选择方法1或2进行.
3. 有地下水的情况下的平衡?
有水的情况下最主要是要搞清楚土的三相, 按照不同的孔隙率计算土的干密度和湿密度, 这种平衡目前最好是只用方法1来完成.
4. 边坡加重力无法平衡?
边坡加重力无法平衡表示边坡本身是不稳的, 请检查模型是否合理, 塑性参数是否合理./



我是新手、自学者，总结了一点经验，主要是给和我一样的新手
*initial condition,type=stress,geostatic 就不说了，啃啃手册就明白了，或者在论坛搜索下 geostatic

我主要说一下*initial conditions,type=stress,input=XXX.XXX的方法：
1、先建立好你的模型，按照你的课题把边界条件、接触什么的都建好，然后使用命令mdb.models['你的模型名字']setValues(noPartsInputFile=ON)，建立没有part的inp文件（abaqus不认带part的istress数据）
2、建立*geostatic的step，只施加重力荷载，然后求解
3、完成之后用viewer打开odb，选report->field report,下拉菜单里面选择 centriod，然后依次把s11、s22、s33、s12、s13、s23点选上，去setup页面选择报告文件的名字（例如istres.rpt)把下面的和值之类的额外输出点掉，要不还要手动删除
4、编辑你的报告文件，把数据行之外的东西都删除。（正确的格式：单元号，s11，s22，s33，s12，s13，s23），使用excel或者ultraedit在每个数据间加上一个逗号（ , ），数据之间的空格不要紧，但是要注意不要有空行或者逗号之间是空白，否则会出现element 0错误
5、重新建立你的step，写入新的inp文件之后，编辑它，在材料属性之后、step之前加入*initial conditions,type=stress,input=XXX.XXX

搞定，位移一般都被控制在10-6数量级，满足要求。
在此感谢论坛的各位前辈，也建议新人多搜索一下论坛的经典旧帖

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补充一下：

使用mdb.models['你的model的名字'].setValues(noPartsInputFile=ON) 时注意:

- 要写你的model的名字（在CAE窗口顶部，Model右面，默认名称为Model-1, Model-2等等），不是CAE或JOB的名称。
- 你的model的名字前后都要加上单引号

- 这个命令要在CAE窗口底部输入（ 先点左下角的 >>> ）

- 输入此命令后，要在Job模块中用write job来生成INP文件（loveestboy1981 是不是没作这一步？）

- 生成的INP文件名和Job名一样，而不是CAE文件或Model的名称。

- 生成的INP文件在当前的工作目录下（不一定是TEMP文件夹）

地应力：地壳在各种运动过程中和自重作用下，岩体在天然条件下产生的内部应力。
地应力是存在于地壳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。
通常﹐地壳内各点的应力状态不尽相同﹐并且应力随(地表以下)深度的增加而线性地增加。由于所处的构造部位和地理位置不同﹐各处的应力增加的梯度也不相同。地壳内各点的应力状态在空间分布的总合，称为地应力场。与地质构造运动有关的地应力场，称为构造应力场，通常指导致构造运动的地应力场。