同濟曙光軟件（GeoFBA）有限元正分析模塊用戶手冊PAGE1PAGE2同濟曙光巖土及地下工程設計與施工分析軟件GeoFBA?有限元正分析模塊用戶手冊同濟大學地下建筑與工程系同濟大學隧道與地下工程研究所2002.9

目錄TOC\o"1-3"第一章實例體驗 41.1建立幾何模型 41.2定義材料 51.3設置施工步 71.4錨固、噴層和襯砌模擬 71.5設定約束條件 91.6全自動生成網(wǎng)格 101.7手動生成網(wǎng)格 111.8保存 121.9開始分析 121.10查看結(jié)果 12第二章有限元模型全自動生成 132.1有限元模型建立流程圖 132.2網(wǎng)格菜單 132.2.1自動尋找封閉面 132.2.2全自動生成網(wǎng)格 142.2.3復制為線材料或節(jié)理 142.2.4復制封閉面 142.2.5粘貼封閉面 152.2.6刪除網(wǎng)格 152.2.7曲線誤差調(diào)整 152.2.8手動生成網(wǎng)格 152.3可能出現(xiàn)的錯誤及注意事項 15第三章有限元正分析 173.1材料 173.2有限元參數(shù) 183.3正分析求解 203.4定義材料性質(zhì)轉(zhuǎn)換 213.5讀入DAT文件 213.6寫出DAT文件 22第四章查看計算結(jié)果 234.1概述 234.2顯示位移圖 234.3顯示應力圖 244.4顯示內(nèi)力 244.5顯示介質(zhì)-結(jié)構(gòu)作用力 254.6查詢單元屬性 254.7關(guān)于結(jié)果顯示的一些說明 26第五章同濟曙光軟件中材料參數(shù)及其含義 285.1材料參數(shù)含義 285.1.1用于模擬實體（如巖石）的材料 285.1.2用于模擬接觸面的材料 315.1.3用于模擬結(jié)構(gòu)的材料（如支撐、錨桿、連續(xù)墻、襯砌等） 315.1.4其它材料 325.2常見材料參數(shù) 33第六章數(shù)據(jù)文件說明 356.1文件名稱及含義 356.2計量單位 356.3輸入變量、格式及示例 35附錄GeoFBA?有限元模塊命令集 43

第一章實例體驗1.1建立幾何模型現(xiàn)在我們利用前處理定義分析對象的幾何信息。A.組織模型菜單中選擇：<格式>－<圖形范圍>輸入圖形范圍為200×200->>按<確定>按鈕關(guān)閉此對話框->>B.作圖首先從工具菜單中選擇繪圖輔助工具<柵格和捕捉>等功能，接下來設置<對象捕捉>設置功能，例如打開<端點捕捉>、<交點捕捉>等功能。設置好這些輔助工具將有利于我們方便而準確地作圖。接下來用畫<矩形>、<直線>和<圓弧>命令，完成以下圖形，其具體做法如下：★首先，從繪圖工具欄中單擊按鈕。輸入第一點坐標0，0輸入第二點坐標120，90★單擊按鈕。輸入第一點坐標48，54輸入下一點坐標48，40輸入下一點坐標66，40輸入下一點坐標66，54★單擊按鈕。輸入圓弧的起點坐標66，54輸入圓弧的第二點坐標57，60輸入圓弧的終點坐標48，54這樣便可以得到以上圖形。★在生成計算網(wǎng)格之前，還需將圖中的曲線整理為一些封閉的區(qū)域(即封閉面)。從<網(wǎng)格>菜單中選擇<自動尋找封閉面>的命令，或在網(wǎng)格工具欄中單擊按鈕。自動尋找得到的封閉面如下圖所示（用鼠標選擇后的圖形）。1.2定義材料從〈有限元分析〉菜單中選擇〈材料〉，或者從屬性工具欄中單擊。在定義材料對話框中，單擊“添加”按鈕。選擇材料類型為各向同性體，輸入材料參數(shù)，如下圖所示。在材料對話筐里有四種基本類型材料：平面材料、桿材料、單層節(jié)理材料和雙層節(jié)理材料，后面的過程將分別說明各種材料的用法。點擊“添加”按鈕，定義本例所需的材料及各材料的參數(shù)，如下圖所示定義材料之后，下一步將材料賦給各封閉面。從繪圖窗口用鼠標選中某封閉面，再從工具欄的“材料類型”組合框中(見下圖)選擇該封閉面的單元所應賦予的材料，如給選中的“封閉面2”賦材料“土層2”。也可以在網(wǎng)格全部生成后，用上述同樣的過程給所有的單元賦材料。注：先選中對象，從〈修改〉菜單中選擇〈屬性〉，或單擊按鈕，可以看到所選中對象(曲線、面或單元)的材料、施工步等信息。1.3設置施工步下面我們在該例中增加2個新的施工步，具體方法如下：從〈格式〉菜單中選擇〈施工步／增量步〉，或從屬性工具欄中單擊。在彈出的設置“施工步／增量步”對話框中，將總施工步數(shù)設定為2。單擊“增量步釋放系數(shù)”按鈕，在彈出的增量步釋放系數(shù)對話框中，分別填入1.0、1.0，單擊“確定”按鈕返回設置〈施工步／增量步〉對話框。單擊“確定”按鈕返回程序中。此時，系統(tǒng)中有4個施工步，分別是施工步0（對應于初始狀態(tài)）、施工步1和施工步2。用戶可以通過屬性工具欄上的“上一個施工步”、“下一個施工步”等按鈕在不同的施工步之間切換，也可以在施工步下拉列表框中直接選擇不同的施工步，見下圖。1.4錨固、噴層和襯砌模擬接下來，我們按施工順序設置開挖及支護過程。A.開挖單擊“下一個施工步”按鈕，切換至施工步1。用鼠標選擇下圖所示的需要挖去的封閉面，從〈修改〉菜單中選擇〈挖去〉命令，或單擊工具欄上的按鈕。B.支護從工具欄的“材料類型”組合框中，選擇“錨桿材料”；根據(jù)需要，在開挖后的隧洞上施加錨噴支護(用〈繪制〉-〈直線〉命令)如下圖所示。在當前步(即施工步1)選取上圖所示的高亮顯示曲線。從〈網(wǎng)格〉菜單中選擇〈復制為線材料或節(jié)理〉命令，或在工具欄上單擊按鈕，彈出如下對話框。從組合對話框中選擇“初襯”材料，再單擊“確定”按鈕。則在當前步復制了一層初襯材料。如果考慮到初襯與周圍巖體以及初襯與二襯之間均有有滑動，用雙層節(jié)理單元模擬。仍在當前步(即施工步1)選取上面相同的高亮顯示曲線。從〈網(wǎng)格〉菜單中選擇〈復制為線材料或節(jié)理〉命令，或在工具欄上單擊按鈕，彈出上圖的對話框。從組合對話框中選擇“雙層節(jié)理材料”材料，再單擊“確定”按鈕。說明：如果只有初襯與二襯之間有滑動，則上述過程中選用“單層節(jié)理材料”。而且，雖然“單層或雙層節(jié)理材料”在圖中只用一根曲線表達，但只要材料屬性選取正確，在生成網(wǎng)格時會自動生成Goodman節(jié)理單元。不要也不能在同一位置畫上距離很近的兩條節(jié)理線。單擊“下一個施工步”按鈕，切換至施工步2。在當前步(即施工步2)選取上面相同的高亮顯示曲線。從〈網(wǎng)格〉菜單中選擇〈復制為線材料或節(jié)理〉命令，或在工具欄上單擊按鈕，彈出上圖的對話框。從組合對話框中選擇“二襯”材料，再單擊“確定”按鈕。上面的步驟，建立了隧道的支護模型。可以在圖上“對象”窗口里對所有的對象的材料類型、施加及開挖地施工步進行檢查，如下圖。1.5設定約束條件在此例中，我們將為矩形的兩側(cè)及底邊施加約束條件。具體方法如下：從<繪制>菜單中選擇<位移約束>，或從繪制工具欄中單擊。用鼠標框選或點選左右兩側(cè)的直線，選中的直線會被藍色的框框住。按下回車鍵或鼠標右鍵。從彈出的施加位移約束對話框中選擇X方向約束，按下“確定”按鈕。重復以上命令，從繪制工具欄中單擊。用鼠標框選或點選所有的底部直線。按下回車鍵或鼠標右鍵。選擇施加Y方向約束，按下“確定”按鈕。1.6全自動生成網(wǎng)格從<網(wǎng)格>菜單中選擇<全自動生成網(wǎng)格>命令，或在工具欄上單擊按鈕，彈出如下對話框設定好單元邊長、輻射比和單元類型等參數(shù)，或使用默認參數(shù)，直接單擊<確定>按鈕，即可全自動生成有限元模型。調(diào)整單元邊長、輻射比可以對網(wǎng)格的疏密程度進行控制，以獲得自己滿意的網(wǎng)格。1.7手動生成網(wǎng)格與以前的版本一致，在“曙光V3.0”里，也可先用手工把網(wǎng)格繪制好，再從<網(wǎng)格>菜單選擇<手動生成網(wǎng)格>命令，生成有限元分析模型。這可作為有些情況全自動生成網(wǎng)格存在局限的一種補足手段。更重要的是，在全自動生成的網(wǎng)格基礎(chǔ)上，還可以用手工對已有的網(wǎng)格添加和修改。從“工具”菜單中選擇“圖形/有限元對象顯示切換”菜單，顯示出有限元的所有對象（結(jié)點、單元）如下圖。從工具欄的材料類型組合框中選擇新增單元所應賦予的材料類型(如土層1)從<繪制>菜單選擇<直線>命令，繪制如下圖所示的新增網(wǎng)格(如填土過程)從<網(wǎng)格>菜單選擇<手動生成網(wǎng)格>命令，或單擊工具欄上按鈕，系統(tǒng)自動生成添加的單元和結(jié)點。1.8保存下面我們將此模型存盤。從<文件>菜單中選擇<另存為>，或從工具欄中單擊。在保存為對話框中指定文件名后單擊“確定”按鈕。1.9開始分析從<有限元分析>菜單中選擇<正分析求解>。計算完成后，計算結(jié)果會自動讀入并顯示出后處理工具欄，用戶可以利用后處理工具欄查看感興趣的結(jié)果。1.10查看結(jié)果詳細說明請參見“第四章有限元后處理”。

第二章有限元模型全自動生成2.1有限元模型建立流程圖建模就是定義分析對象，它主要是通過一系列操作步驟將要分析的實際工程問題轉(zhuǎn)化為GeoFBA能處理的數(shù)據(jù)。這些操作步驟大致可以分為：組織模型、定義材料、設定繪圖輔助工具和繪圖屬性、作圖、修改、自動尋找封閉面、將材料賦給封閉面、添加邊界條件、開挖、全自動生成網(wǎng)格、手動修改/添加網(wǎng)格、設定有限元控制參數(shù)、計算和查看計算結(jié)果等等。由于GeoFBA的所有功能均集中在一個窗口內(nèi)，因此這些操作步驟之間的順序并不是十分嚴格的，有些步驟可以有所顛倒，這并不影響最終的結(jié)果。下面給出兩種有限元建模流程圖：組織模型→定義材料→作圖及修改→自動尋找封閉面→賦材料給封閉面→設置開挖過程→在圖形對象上施加邊界條件→全自動生成網(wǎng)格→手動修改/添加網(wǎng)格→有限元計算及后處理(推薦使用)。組織模型→定義材料→作圖及修改→自動尋找封閉面→設置開挖過程→全自動生成網(wǎng)格→手動修改/添加網(wǎng)格→賦材料給單元→在單元結(jié)點上施加邊界條件→有限元計算及后處理。2.2網(wǎng)格菜單<網(wǎng)格>菜單的內(nèi)容如下：2.2.1自動尋找封閉面此功能用于將圖形窗口中的模型曲線整理為一些封閉的區(qū)域(面)，以后的開挖、賦材料以及自動生成網(wǎng)格等步驟均在自動尋找的封閉面基礎(chǔ)上進行。2.2.2全自動生成網(wǎng)格此功能根據(jù)輸入的單元最小邊長、輻射比、單元類型和加密區(qū)域全自動生成計算網(wǎng)格。所有的輸入?yún)?shù)均有缺省設置。其中“單元最小邊長”控制網(wǎng)格的多少；“輻射比”控制網(wǎng)格從加密區(qū)域(缺省為開挖區(qū)域)向外的發(fā)散速度，輻射比越大網(wǎng)格由里(加密區(qū)域)向外發(fā)散得越快，網(wǎng)格和結(jié)點數(shù)目越少；“生成單元類型”包括四邊形和三角形兩種；可以按需要指定加密區(qū)域(左下角和右上角坐標確定)2.2.3復制為線材料或節(jié)理此功能用于將選定的曲線在當前施工步復制為線材料或節(jié)理材料，材料類型從彈出的材料對話框中選取。2.2.4復制封閉面此功能將選定的封閉面復制到剪貼板上。2.2.5粘貼封閉面此功能將上面復制的封閉面粘貼到當前步。其作用是某步挖去的封閉區(qū)域，在后續(xù)步驟里需要回填等。2.2.6刪除網(wǎng)格此功能刪除所有生成的網(wǎng)格2.2.7曲線誤差調(diào)整此功能用于調(diào)整由于作圖誤差造成的曲線端點處的不連續(xù)。2.2.8手動生成網(wǎng)格此功能將繪圖區(qū)域的網(wǎng)格線轉(zhuǎn)化為有限元模型(已用于全自動生成網(wǎng)格的曲線不轉(zhuǎn)化)。2.3可能出現(xiàn)的錯誤及注意事項如果用菜單<文件>→<導入>→<導入DXF文件…>導入dxf格式的圖形文件，則需要用<網(wǎng)格>菜單的<曲線誤差調(diào)整>功能對原來繪圖過程中可能出現(xiàn)的曲線在端點處的誤差進行調(diào)整；自動尋找封閉面針對的對象是“平面材料”類型的曲線，其它類型的曲線不進入封閉面的尋找，因此需要對圖形對象指定各曲線的材料屬性，特別是“桿材料”和“節(jié)理材料”，否則可能會造成生成網(wǎng)格失敗或網(wǎng)格畸形。在生成封閉面后，應用鼠標對封閉面進行點選檢查，發(fā)現(xiàn)不合格的封閉面或者根本不能生成封閉面，則屬于誤差控制失敗。解決的方法是：對出現(xiàn)錯誤的封閉面上的曲線端點進行微調(diào)，以消除可能出現(xiàn)的誤差(推薦使用)；或者選擇<繪制>菜單中的<面>命令，用手工生成封閉面。如果在某步挖去的封閉面，需要在后面的某步重新回填，這是可以使用<網(wǎng)格>菜單中的<復制封閉面>和<粘貼封閉面>功能對該封閉面復制到需要回填的施工步。對于繪圖窗口的選取的對象，如果有被多選中的對象，按住ctrl鍵再用鼠標選中多選的對象，則可以將這些對象從選擇集合中去除。如果要取消全部選中的對象，則只需要按下ESC鍵即可。施加集中力時，需要在施加位置用<繪制>菜單中的<點>功能繪制點。在全自動生成網(wǎng)格過程中出現(xiàn)的警告信息，雖然不一定會影響分析結(jié)果，但一定是模型不合理或模型病態(tài)才會出現(xiàn)的，應該引起足夠的重視。用“桿、梁材料”與“單層或雙層節(jié)理材料”的不同組合可以按需要模擬不同支護或襯砌類型。例如在同一位置(即對同一曲線用<復制為線材料或節(jié)理>命令)用桿與雙層節(jié)理材料組合可生成“錨索”單元等。曲線的所有端點和交點在全自動生成網(wǎng)格時都會變成有限元的結(jié)點，因此必須要對模型中靠得太近的上述端點或交點進行必要的調(diào)整，否則會報“網(wǎng)格畸形”的警告信息，并會影響計算結(jié)果的精度。在使用<手動生成網(wǎng)格>的功能時，單層節(jié)理材料和雙層節(jié)理材料不能自動地形成Goodman節(jié)理單元，需要與其它四邊形單元一樣繪制成四邊形；注意，這與全自動生成網(wǎng)格時節(jié)理材料的處理方法不同。自動生成網(wǎng)格時的“單元最小邊長”根據(jù)模型大小選擇，不能小于0；輻射比的大小最好取為0~3之間(推薦值0.5)，輻射比越大網(wǎng)格由里(加密區(qū)域或開挖區(qū)域)向外發(fā)散得越快，網(wǎng)格和結(jié)點數(shù)目越少，但太大的輻射比會造成生成網(wǎng)格失敗。對某些工程模型如果總不能自動生成滿意的四邊形網(wǎng)格，請用三角形網(wǎng)格進行計算，或用手動功能繪制網(wǎng)格。材料被使用后，不應將其從材料庫中刪除。同時，材料定義表中，該材料以上的所有材料也不能被刪除，否則將會導致材料的混亂。

第三章有限元正分析如下圖所示，有限元分析菜單的內(nèi)容有材料、有限元參數(shù)、正分析求解、定義材料性質(zhì)轉(zhuǎn)換、讀入DAT文件和寫出DAT文件等功能。3.1材料此功能用于建立土層、巖體、桿、梁及節(jié)理等單元的材料庫。各材料參數(shù)的含義及建議值見第五章“同濟曙光軟件中材料參數(shù)及其含義”。注意：材料被使用后，不應將其從材料庫中刪除。同時，材料定義表中，該材料以上的所有材料也不能被刪除，否則將會導致材料的混亂。3.2有限元參數(shù)此功能輸入有限元分析求解所需要的一些參數(shù)?？刂茀?shù)包括問題類型(平面應力或平面應變)、本構(gòu)模型以及一些輸入輸出控制參數(shù)，詳見下圖。常見控制參數(shù)選項及其含義：問題類型：有平面應變、平面應力和軸對稱三種選擇；本構(gòu)模型：有線彈性、非線性彈性、彈塑性和粘彈性四種模型供選擇。本構(gòu)模型是指土或巖石的本構(gòu)關(guān)系。使用一種本構(gòu)關(guān)系時，也應當使用相應的材料。如使用粘彈性本構(gòu)模型時，土或巖石的材料也應當相應地使用各向同性粘彈性材料或橫觀各向同性粘彈性材料。最大迭代次數(shù)：在做彈塑性計算時(即本構(gòu)模型為彈塑性時)，用于控制迭的最大次數(shù)。開挖輸出控制：有按開挖步輸出和按增量步輸出兩種選擇。按開挖步輸出表示僅在每個施工步的最后一個增量步輸出計算結(jié)果，按增量步輸出表示在每個施工步的每個增量步都輸出計算結(jié)果。屈服準則：有德魯克-普拉格(Druker-Prager)準則、摩爾-庫侖(Mohr-Coulomb)準則、Tresca準則和Von-Mises準則供選擇，其中后兩種準則一般只用于金屬材料。地應力計算方式：有兩種方式供選擇：按有限元計算和按K0計算。按有限元計算時，將自重荷載轉(zhuǎn)化為等效結(jié)點荷載計算初始地應力場。按K0計算地應力時，每點的初始地應力按下式計算：式中，分別為豎直向和水平向初始自重地應力，為計算點以上第i層土的容重，為相應的厚度，為計算點的孔隙水壓力。在不考慮地下水頭變化的條件下，由計算點的靜水壓力確定，即（為地下水的容重，為地下水水位差）。計算程序中考慮到有的情形不能按土層厚度計算豎直向地應力，、由有限元計算得到，則按上式求得。構(gòu)造應力：有和無兩種選擇。當有構(gòu)造應力時，構(gòu)造地應力假設為均布或線性分布，并直接疊加在自重地應力上得到初始地應力，計算式為式中，a1，a2，a3，a4，a5為常系數(shù)，z為縱向坐標。內(nèi)存配制有缺省配制。當生成網(wǎng)格的結(jié)點數(shù)或單元數(shù)超過缺省配置時，請按實際需要分配內(nèi)存，否則會使系統(tǒng)崩潰或結(jié)果不正確。在做有限元計算的過程中，實際分配的內(nèi)存可以在命令窗口中看到，可以參考實際分配值對這里的配置進行調(diào)整。增量步釋放系數(shù)在對話框中指定每個施工步的各個增量步應力釋放系數(shù)值。當允許跨施工步釋放開關(guān)打開時，也允許跨一個施工步的應力在后續(xù)的任意開挖步逐步釋放。注意：每個施工步的應力釋放系數(shù)值總和應該為1。3.3正分析求解此功能根據(jù)建立的有限元模型進行正分析求解。在求解的過程中會有對話框?qū)崟r跟蹤計算進度，而且在命令窗口還會有求解過程的詳細信息。如果計算過程中發(fā)生錯誤，請在命令窗口中查找錯誤原因。高級特性：正分析求解過程中會自動生成一個擴展名為DAT的文本文件，該文件為計算數(shù)據(jù)文件。如果該文件已經(jīng)存在，而且比正在編輯的有限元模型文件還要新(以日期先后為準)，則表示不用生成此DAT文件。因此用戶可以參照第六章“數(shù)據(jù)文件說明”，對此DAT文件進行修改，系統(tǒng)會自動以用戶修改后的DAT文件做為計算的數(shù)據(jù)文件。注意：當您對DAT文件格式不熟悉時，切匆修改，否則會導致計算失敗!3.4定義材料性質(zhì)轉(zhuǎn)換在模擬地下工程的施工過程中，有時會遇到材料性質(zhì)發(fā)生變化的情況。例如，注漿就會使材料性質(zhì)發(fā)生變化。在同濟曙光軟件的有限元分析中，材料性質(zhì)轉(zhuǎn)換是以整個材料為單位的，即一種材料的所有單元一次性轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N材料，如果在分析模型中只是一種材料的一部分轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N材料，則為了使用材料性質(zhì)轉(zhuǎn)換功能，必須將要轉(zhuǎn)變的材料重新定義為另一種名稱的材料(參數(shù)完全不變)。在使用過程中，您只需要指定在哪個施工步，哪種材料轉(zhuǎn)換為另一種材料即可實現(xiàn)材料性質(zhì)轉(zhuǎn)換功能。3.5讀入DAT文件此功能用于讀入不同版本“同濟曙光”生成的計算數(shù)據(jù)文件(擴展名為DAT，為一文本文件)。由于同濟曙光V3.0及以后的版本與V2.4及以前版本模型文件不兼容，因此用戶可以通過打開DAT文件的方式，讀入V2.4及以前版本的計算模型。注意：DAT文件的內(nèi)容中只包含有限元計算所需的材料、單元、結(jié)點及施工步相關(guān)信息，不包含圖形信息。3.6寫出DAT文件此功能用于將當前計算模型保存為DAT類型的文件。注意：DAT文件的內(nèi)容中只包含有限元計算所需的材料、單元、結(jié)點及施工步相關(guān)信息，不包含圖形信息。

第四章查看計算結(jié)果4.1概述當模型計算完成之后，后處理工具菜單會自動彈出，此時就可以利用后處理功能查看及分析結(jié)果，下圖是對后處理工具條的介紹。4.2顯示位移圖從“結(jié)果顯示”菜單中選擇“變形前網(wǎng)格”、“變形后網(wǎng)格”和“變形前+變形后網(wǎng)格”，或從后處理工具欄中單擊按鈕之中的一個，就可以在以上三種顯示方式下切換，有關(guān)顯示比例和變形后網(wǎng)格顏色的設置，單擊“結(jié)果顯示”菜單中的“后處理顯示設置”或從后處理工具欄中單擊，見下圖。默認狀態(tài)下，程序在讀入計算結(jié)果時會自動計算出合適的位移和內(nèi)力顯示比例，用戶可以在以上對話框中調(diào)整這一比例值，以使結(jié)果更好地顯示出來，下圖是位移圖顯示示例。位移圖顯示示例圖4.3顯示應力圖從“結(jié)果顯示”菜單中選擇的“應力等值線”和“應力填充圖”下的子項，或從后處理工具欄中單擊相應的圖標就可以顯示相應的應力等值線和應力填充圖，見下圖示例。應力填色圖示例圖應力等值線和應力填充圖的圖例，可以從圖例窗口中顯示出來。要顯示圖例窗口，從“查看”菜單中選擇“圖例窗口”。4.4顯示內(nèi)力從“結(jié)果顯示”菜單中選擇“接觸元內(nèi)力”、“桿單元”和“梁單元”的子項，或從后處理工具欄中單擊相應的圖標可以顯示相應的內(nèi)力圖，如下圖所示。梁彎矩示例圖默認狀態(tài)下，程序在讀入計算結(jié)果時會自動計算出合適的內(nèi)力顯示比例，用戶同樣可以自行調(diào)整內(nèi)力圖的顯示比例。4.5顯示介質(zhì)-結(jié)構(gòu)作用力從“結(jié)果顯示”菜單中選擇“介質(zhì)-結(jié)構(gòu)作用力”可以顯示介質(zhì)與結(jié)構(gòu)之間的壓力（例如土壓力），如下圖所示。4.6查詢單元屬性從“格式”菜單中選擇“設置”，即彈出以下對話框，見下圖所示。打開其中的“允許光標處內(nèi)容即時提示”功能，就可以即時顯示出光標處對象的信息，如直線的端點、荷載的大小和單元的內(nèi)力等，見下圖所示。利用光標處內(nèi)容即時提示功能查詢單元內(nèi)力4.7關(guān)于結(jié)果顯示的一些說明以下就如何在同濟曙光軟件中使結(jié)果顯示得更加美觀作簡要說明。設置背景顏色、小數(shù)點顯示位數(shù)由于結(jié)果最終都以文檔形式出現(xiàn)，因此一般都要將背景顏色改為白色。此時選擇“格式”菜單中的“設置”，在設置對話框中可以設定背景顏色。此外，還可以在其中設定小數(shù)點顯示位數(shù)。例如將數(shù)字精度設置為“0.0”表示小數(shù)點后只有1位。設置材料顏色及填充模式、荷載、位移約束等有限元對象的顏色每種材料都可以有不同的顏色及填充模式，這可以通過選中單元后修改其填充模式及顏色屬性實現(xiàn)。同樣，荷載、位移約束等對象也可以通過修改屬性改變其顏色等。使用材料過濾器打開或關(guān)閉某些材料如果在模型中材料類型較多，或者只希望顯示其中某一部分材料的顯示結(jié)果時，此時可以使用材料過濾器功能。材料過濾器顧名思義，就是將一部分材料過濾掉。被過濾的材料本身就不在顯示出來，其相應的結(jié)果也不顯示。選擇“格式”菜單中“材料過濾器”，即可打開材料過濾器對話框。也可以通過快速選擇工具，將選中的對象隱藏實現(xiàn)。選擇合適的結(jié)果顯示比例和顏色合適的結(jié)果顯示比例和顏色也是比較重要的。從“結(jié)果顯示”菜單中選擇“后處理顯示設置”，從中可以設定結(jié)果顯示比例和顏色。其中包括位移顯示比例的設置、位移顯示的顏色、內(nèi)力顯示比例和顏色等。圖形顯示結(jié)果的保存及與其它軟件的接口同濟曙光軟件中的當前窗口顯示結(jié)果可以通過“文件”菜單中的“導出->導出為BMP圖像”存成一個Windows的標準BMP文件。此外，為了方便使用，在曙光軟件中當用戶選擇“編輯”菜單中“復制”命令或者按下CTRL+C時，就將當前窗口顯示結(jié)果自動放在Windows的粘貼板上，此時在其它程序（例如：Word軟件中）只要選擇粘貼命令，就可以自動將結(jié)果圖形放入其中。生成結(jié)果計算文件同濟曙光軟件中還可以輸出文字形式的結(jié)果，此時必須要選中要輸出結(jié)果的結(jié)點和單元（如果不選擇結(jié)點和單元則沒有結(jié)果），然后選擇“工具”菜單中的“生成計算結(jié)果文件”即可生成文字形式的計算結(jié)果，例如結(jié)點位移、單元應力等。該計算結(jié)果在一個記事本中自動打開。

第五章同濟曙光軟件中材料參數(shù)及其含義5.1材料參數(shù)含義5.1.1用于模擬實體（如巖石）的材料要求單元形狀必須為三角形或四邊形（1）各向同性材料E－彈性模量μ－泊松比γ－容重（一般為負值，表示方向與Y軸相反）C－凝聚力φ－摩擦角Rt－抗拉強度K0－水平測壓力系數(shù)，當?shù)貞τ嬎惴绞讲捎冒碖0計算時必須填寫，否則可為0（見有限元控制參數(shù)對話框的地應力參數(shù)設置）（2）橫觀各向同性體Eh－水平方向的彈性模量μh－水平方向的泊松比γ－容重（一般為負值，表示方向與Y軸相反）C－凝聚力φ－摩擦角Rt－抗拉強度K0－水平測壓力系數(shù)，當?shù)貞τ嬎惴绞讲捎冒碖0計算時必須填寫，否則可為0（見有限元控制參數(shù)對話框的地應力參數(shù)設置）Ev－垂直方向的彈性模量μv－垂直方向的泊松比α－Ghv－豎向平面內(nèi)的剪切模量（3）正交各向異性體Ex－x軸方向的彈性模量μxy－x軸方向應變引起y軸方向應變的泊松比γ－容重（一般為負值，表示方向與Y軸相反）C－凝聚力φ－摩擦角Rt－抗拉強度K0－水平測壓力系數(shù)，當?shù)貞τ嬎惴绞讲捎冒碖0計算時必須填寫，否則可為0（見有限元控制參數(shù)對話框的地應力參數(shù)設置）Ey－y軸方向的彈性模量μyz－y軸方向應變引起z軸方向應變的泊松比α－Gxz－xz平面(豎直平面)內(nèi)的剪切模量Ez－z軸方向的彈性模量μxz－z軸方向應變引起x軸方向應變的泊松比（4）各向同性非線彈性體（鄧肯－張）用于模擬土體非線性彈性的鄧肯－張模型。根據(jù)鄧肯-張模型的假設，土體三軸試驗的應力-應變可用雙曲線關(guān)系近似描述，即在主應力σ3不變時軸向應變ε1和側(cè)向應變ε3之間也假設是雙曲線的關(guān)系從而推導出在不同應力狀態(tài)下彈性模量的表達式為不同應力狀態(tài)下泊松比的表達式為其中：參數(shù)含義：K－試驗確定的參數(shù)n－試驗確定的參數(shù)γ－容重（一般為負值，表示方向與Y軸相反）C－凝聚力φ－摩擦角Rt－抗拉強度K0－水平測壓力系數(shù)，當?shù)貞τ嬎惴绞讲捎冒碖0計算時必須填寫，否則可為0（見有限元控制參數(shù)對話框的地應力參數(shù)設置）Rf－破壞比，數(shù)值小于1（一般在0.75～1.0之間）F－由試驗確定的參數(shù)G－由試驗確定的參數(shù)D－由試驗確定的參數(shù)P0－大氣壓力，一般取100kPa；（5）各向同性粘彈性同濟曙光軟件采用三元件的廣義Kelvin模型模擬粘彈性體。E－圖中E1的彈性模量μ－泊松比γ－容重（一般為負值，表示方向與Y軸相反）C－凝聚力φ－摩擦角Rt－抗拉強度K0－水平測壓力系數(shù)，當?shù)貞τ嬎惴绞讲捎冒碖0計算時必須填寫，否則可為0（見有限元控制參數(shù)對話框的地應力參數(shù)設置）E2－圖中E2的彈性模量η－圖中粘壺的粘性系數(shù)（6）橫觀各向同性粘彈性Eh－水平方向E1的彈性模量μh－水平方向的泊松比γ－容重（一般為負值，表示方向與Y軸相反）C－凝聚力φ－摩擦角K0－水平測壓力系數(shù)，當?shù)貞τ嬎惴绞讲捎冒碖0計算時必須填寫，否則可為0（見有限元控制參數(shù)對話框的地應力參數(shù)設置）Eh2－水平方向E2的彈性模量μv－垂直方向的泊松比α－Ghv－豎向平面內(nèi)的剪切模量η－水平粘壺的粘性系數(shù)n－垂直向與水平向參數(shù)比值5.1.2用于模擬接觸面的材料要求單元形狀必須為三角形或四邊形（7）接觸面同濟曙光軟件采用無厚度的Goodman單元模型。Ks－接觸面的切向剛度，一般在103~105Kn－接觸面的法向剛度，一般在105左右γ－容重（一般為負值，表示方向與Y軸相反）C－凝聚力φ－摩擦角Vm－接觸面的法向最大可壓縮量Rt－抗拉強度Rf－破壞比（接觸面模型采用非線性彈性模型時使用），試驗表明：粘質(zhì)粉土一般在0.5~0.75之間，淤泥質(zhì)粘土一般在0.5~0.7之間，灰色粘土一般在0.8~0.91之間；灰色粉質(zhì)粘土一般在0.5~1.0之間。χ1－初始切向剛度與法向應力的關(guān)系指數(shù)（接觸面模型采用非線性彈性模型時使用）。，不同的土體取值不同，粘質(zhì)粉土一般在0.3左右，淤泥質(zhì)粘土一般在0.4左右，灰色粘土一般在0.26左右；灰色粉質(zhì)粘土一般在0.4左右。5.1.3用于模擬結(jié)構(gòu)的材料（如支撐、錨桿、連續(xù)墻、襯砌等）要求單元形狀必須為線形（二結(jié)點）（8）直梁（殼）用于模擬考慮彎矩和剪切作用的結(jié)構(gòu)。E－彈性模量A－截面積γ－容重（一般為負值，表示方向與Y軸相反）I－慣性矩（9）曲梁同直梁單元。（10）桿用于模擬不考慮彎矩和剪切作用的結(jié)構(gòu)。E－彈性模量A－截面積γ－容重（一般為負值，表示方向與Y軸相反）（11）連續(xù)梁接頭元與不連續(xù)梁接頭元用于模擬拼裝式的梁單元（如盾構(gòu)隧道的管片），可考慮接頭的作用。E－彈性模量A－截面積γ－容重（一般為負值，表示方向與Y軸相反）I－慣性矩Kn－接頭彈簧的法向剛度Ks－接頭彈簧的切向剛度Kθ－接頭彈簧的轉(zhuǎn)動剛度5.1.4其它材料（13）彈簧Kn－接頭彈簧的法向剛度Ks－接頭彈簧的切向剛度Kθ－接頭彈簧的轉(zhuǎn)動剛度5.2常見材料參數(shù)常見材料Poisson比的典型值材料類型μ密實沙疏松沙細沙粗沙0.3--0.40.2--0.350.250.15巖石0.1--0.4混凝土0.15--0.25冰0.36濕粘土0.1--0.3沙質(zhì)粘土0.2--0.35淤泥0.3--0.35飽和的粘土和淤泥0.45--0.5冰凍的漂石粘土0.20--0.40黃土0.10--0.30常見材料變形模量E0參考值（Kn/m2×10e2)礫石650--450礫粗沙480(密實）310（中密）中沙420（密實）310（中密）稍濕的細沙360(密實）250（中密）很濕的和飽和的細沙310(密實）190（中密）稍濕的粉沙210(密實）175（中密）很濕的粉沙175(密實）140（中密）飽和的粉沙140(密實）90（中密）稍濕的粉土160(密實）125（中密）很濕的粉土125(密實）90（中密）飽和的粉土90(密實）50（中密）硬塑態(tài)的粉質(zhì)粘土390－－160軟塑態(tài)的粉質(zhì)粘土160－－40硬塑態(tài)的粘土590－－160軟塑態(tài)的粘土160－－40混凝土的極限強度和受壓彈性模量(MPa)

混凝土標號10152025304050軸心抗壓7.010.514.017.521.028.035.0軸心抗拉1.01.31.61.92.12.63.0彈性模量1.85×1042.3×1042.6×1042.85×1043.0×1043.3×1043.5×104鋼筋的強度及彈性模量

鋼筋種類標準強度(MPa)抗拉極限強度(MPa)抗拉或抗壓設計強度(MPa)彈性模量(MPa)延伸率(%)Ⅰ級鋼筋2403802402.1*10525Ⅱ級鋼筋3405202402.1*105165號鋼筋2805002802.0*10519各類圍巖的物理力學指標

圍巖類別ⅥⅤⅣⅢⅡⅠRQD（%）>9585～9575～8550～7525～50<25Vp(km/s)>4.53.5～4.52.5～4.01.5～3.01.0～2.0<1.

0<1.5(飽和狀態(tài)的土)I0.8～1.00.6～0.80.4～0.60.2～0.4<0.2密度ρ(t/m3)2.6～2.82.5～2.72.3～2.51.9～2.21.7～2.01.5～1.7彈性抗力系數(shù)K(MPa/m)1800～28001200～1800500～1200200～500100～200<100彈性模量（靜態(tài)）E(GPa)>5020～505～252～10<2<1泊松比μ0.10～0.150.12～0.200.15～0.300.20～0.350.30～0.450.35～0.50計算摩擦角φ(°)>7867～7855～6643～5431～42≤30摩擦系數(shù)（圬工與圍巖）f0.6～0.7（表面不光滑時）0.6（表面不光滑時）0.5（表面不光滑時）0.3～0.50.3～0.5≤0.25注：

1.表中密度ρ，對Ⅲ類圍巖的老黃土采用1.7～1.8，Ⅱ類圍巖的新黃土采用1.5；

2.表中彈性抗力系數(shù)K，一般可參考下列情況取值；

1)洞徑在10m及以上的取較低值，在10m以下的取較高值；

2)裂隙發(fā)育的取較低值；

3)對受地下水作用強度降低的圍巖和可能繼續(xù)風化的圍巖取較低值；

4)洞口、淺埋傍山隧道地段取較低值；

3.表列數(shù)值適用于洞徑在15m及以下的隧道，不適用于黃土、凍土及其它特殊土（膨脹土等）隧道；

4.表中摩擦系數(shù)f，對Ⅲ類圍巖光滑的粘性土取用0.3，砂類土取用0.4，塊、卵石取用0.5；Ⅱ類圍巖光滑的粘性土取用0.3，砂類土取用0.4，卵、礫石取用0.5；

5.錘擊法采用低值（I）劃分。

第六章數(shù)據(jù)文件說明聲明：計算文件格式僅供用戶參考，由于計算文件是由同濟曙光軟件自動生成，因此實際使用的計算文件格式可能與以下說明的格式有所不同！6.1文件名稱及含義本程序運行時需要的數(shù)據(jù)文件有TEST.DAT（假設用戶取用的數(shù)據(jù)文件名的前綴為TEST），TEST.MEA和TEST.BAA（僅反演計算時需輸入），這兩個數(shù)據(jù)文件均可由前處理模塊自動生成，也可由用戶直接經(jīng)編輯得到。其中TEST.DAT為有限元正演計算時需要輸入的各類控制參數(shù)、計算網(wǎng)格及運算條件的文件；TEST.MEA為反演采用的量測信息文件，TEST.BAA為輸入反演控制參數(shù)文件，在需進行反演計算時輸入。6.2計量單位建議單位：長度m，力kN，彈模、應力kPa6.3輸入變量、格式及示例（1）TEST.DAT文件第一組數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)輸入格式示例***FEMANALYSISANDBACKANALYSIS[test11.dat]***ITYPE,IPLAS,IYIELD，IGAUS,ITRM,MD,C13,IPLT2011000.1e-41相應變量名稱TITLCHA1ITYPE,IPLAS,IYIELD,IGAUS,ITRM,變量含義TITL－計算標題CHA1－數(shù)據(jù)說明ITYPE－計算問題類型（1平面應力；2平面應變3軸對稱）IPLAS－材料本構(gòu)模型（0線彈性；1非線性彈性；2彈塑性）IYIELD-塑性判斷屈服條件=1塑性DRUCKER-PRAGER=2塑性MOHR-COULOMB=3塑性TRESCA=4塑性VONMISESIGAUS－高斯點數(shù)（1、2或3，取為1）ITRM－迭代計算次數(shù)（線彈性計算自動為零）MD－應力計算信息（計算單元中點應力=0）C13－迭代誤差控制值（一般=1E-5）IPLT－輸出控制（0不輸出；1按施工階段輸出；2按增量步輸出；3按指定增量步輸出）第二組數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)輸入格式示例(IOUT(I),I=1,6)111111相應變量名稱CHA1(IOUT(I),I=1,6)變量含義CHA1－數(shù)據(jù)說明IOUT(1)－位移輸出控制（0不輸出；1輸出，以下同）IOUT(2)－應力、應變及內(nèi)力輸出控制IOUT(3)－屈服標志輸出控制IOUT(4)－屈服接近度輸出控制IOUT(5)－輸出控制（擴展用）IOUT(6)－輸出控制（擴展用）第三組數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)輸入格式示例IGES,IGEV,IGEF,WL,WGRV01064.3-10.相應變量名稱CHA1IGES,IGEV,IGEF,WL,WGRV變量含義CHA1－數(shù)據(jù)說明IGES－線性分布構(gòu)造應力指標（0不存在；1存在）IGEV－自重應力指標（0不存在；1存在）IGEF－初始地應力的形成方式（0由有限元法計算；1由側(cè)壓力系數(shù)K0和靜止地下水位求得）WL－地下水位坐標（m）WGRV－地下水容重（kN/m3）第四組數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)輸入格式示例0.00.00.00.00.0相應變量名稱(CXY(I),I=1,5)變量含義(CXY(I),I=1,5)－構(gòu)造初始地應力分量（kPa）σx=CXY(1)+CXY(4)*y;σz=CXY(2)+CXY(5)*y;τxy=CXY(3)CXY(1)均布構(gòu)造應力水平向分量CXY(2)均布構(gòu)造應力垂直向分量CXY(3)均布構(gòu)造剪應力分量CXY(4)構(gòu)造應力水平向分量沿y方向的變化率CXY(5)構(gòu)造應力垂直向分量沿y方向的變化率第五組數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)輸入格式示例LE,MM,IAMT(MM)(1,'(A1,I4,I5)')1109060.000.40-18.511.516.20.00.492106100.000.43-17.210.08.20.00.563106100.000.43-17.210.08.20.00.5641010780.000.38-18.58.018.40.00.4351043200.000.35-18.540.025.70.00.3061055900.000.38-18.590.018.50.00.43725.0e250.e50.00.010.00.020.5681060000.000.300.040.040.30.00.309312.5e71.000-25.00.08330010312.8e70.0350-25.05.600e-611312.8e70.0467-25.07.500e-6E12312.1e80.0038-78.01.000e-6相應變量名稱LE,MM,IAMT(MM)(AMT(MM,J),J=1,NO)變量含義LE－結(jié)束標志（'E'或'e'結(jié)束；其他字符則繼續(xù)輸入）MM－單元材料號（1,2,3,4,5,6,）IAMT(MM)－單元種類=10各向同性實體單元（三角形單元或四邊形單元，NO=7）=11橫觀各向同性實體單元（三角形單元或四邊形單元，NO=11）=12正交各向異性實體單元（三角形單元或四邊形單元，NO=11）=2接觸元（節(jié)理單元，NO=7）=31直梁元（軸對稱下為板單元，NO=4）=32曲梁元（NO=4）=41梁接頭元（連續(xù)模型，NO=7）=42梁接頭元（不連續(xù)模型，NO=3）=5桿單元（NO=3）=61彈簧元（NO=3）AMT(MM,11)－材料性態(tài)參數(shù)（按單元材料號）(MM,1)234567891011IAMT(MM)kPakN/m3kPa度kPakPa度kPaEυγCψRtK0=10各向同性EhυhγCψRtK0EvνvαGhv=11橫觀各向異性EhυhγCψRtK0EvνvαGhv=12正交異性KsKn0CψVmK0=2節(jié)理/接觸元EAγI=31,32直(曲)梁元Eυγt=31軸對稱板元EAγIKsKnKθ=41梁接頭元KsKnKθ=42梁接頭元EAγ=5桿元KsKnKθ=61彈簧元注：1、材料性態(tài)參數(shù)個數(shù)按上輸入；2、Ghv輸入為0.時，自動計算。第六組數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)輸入格式示例(a)LL,ISTAGE,ISTEP,INOD,IELM,ICOND,ILOAD,IPRT(1,'(A1,7I5)')014384053260相應變量名稱CHA1LL,ISTAGE,ISTEP,INOD,IELM,ICOND,ILOAD,IPRT變量含義CHA1－數(shù)據(jù)說明LL－輸入結(jié)束標志（=‘E’或’e’表示結(jié)束，否則下一步繼續(xù)輸入）ISTAGE－當前輸入開挖步ISTEP－當前輸入增量加載步INOD－當前步增加結(jié)點個數(shù)IELM－當前步增加或減少的單元個數(shù)ICOND－當前步邊界約束個數(shù)ILOAD－當前步外荷載個數(shù)IPRT－當IPLT=3時，IPRT=0該增量步不輸出，=1輸出，否則無效注：1、ISTAGE=0，即初始開挖步必須首先輸入，且初始開挖步期間增量步只能輸入一次；2、若有挖去及增加的實體單元，只能在每個開挖步的第一個增量步內(nèi)輸入，其余則不必；3、同一開挖步內(nèi)可輸入多個增量步的信息（至少一個）。********************************************************當ISTEP=1時，需輸入以下三組開挖步增量釋放系數(shù)數(shù)據(jù)信息數(shù)據(jù)輸入格式示例(b)360.30.350.050.150.10.050.30.350.050.150.10.05相應變量名稱 NRE1,NRE2 (RECO(I,1),I=1,NRE2) (RECO(I,2),I=1,NRE2)變量含義NRE1－本開挖步增量荷載釋放步數(shù)，一般=1NRE2－本開挖步邊界釋放荷載在幾個增量步內(nèi)釋放（NRE2NRE1多余部分釋放荷載在緊隨的開挖步內(nèi)釋放）RECO(I,1)－X方向荷載釋放系數(shù)RECO(I,2)－Z方向荷載釋放系數(shù)，一般兩個方向荷載釋放系數(shù)應相同。********************************************************數(shù)據(jù)輸入格式示例(c)共INOD組，INOD>0時輸入10.000000E+000.000000E+0021.300000E+010.000000E+0032.500000E+010.000000E+0043.500000E+010.000000E+0054.500000E+010.000000E+00。。。。。。4349.000000E+016.150000E+014359.000000E+016.300000E+014369.000000E+016.365000E+014379.000000E+016.435000E+014389.000000E+016.500000E+01相應變量名稱J,X(J),Y(J)變量含義J－結(jié)點號X(J)－結(jié)點x坐標Y(J)－結(jié)點y坐標數(shù)據(jù)輸入格式示例(c)IELM>0時輸入0405189171600006029101817000060310111918000060411122019000060。。。。。。400433434359356000070401434435375359000070402435436384375000070403436437387384000070404437438403387000070405107