既然數(shù)值分析工具是解決工程實(shí)際問(wèn)題的利器，那么為何同時(shí)有那么多同行覺(jué)得這個(gè)東西中看不中用呢？筆者覺(jué)得除了數(shù)值分析工具本身的局限性以外（實(shí)際上任何一種工具都是有其局限性的）使用者要為此承擔(dān)不小的責(zé)任?，F(xiàn)在很多所謂的數(shù)值分析都是先由專業(yè)技術(shù)負(fù)責(zé)人拍板結(jié)果，然后再做分析“閉合”，當(dāng)做命題作文來(lái)做。而且為了“與經(jīng)驗(yàn)值較為吻合”，可謂無(wú)所不用其極，十八般武藝輪流登臺(tái)。
巖土工程數(shù)值分析之我見(jiàn)（二） ———從巖土工程師的角度理解數(shù)值分析方法在巖土工程中應(yīng)用
回到同濟(jì)轉(zhuǎn)了一圈，又看到了當(dāng)年的身影。這回想講的輕松點(diǎn)。
既然數(shù)值分析工具是解決工程實(shí)際問(wèn)題的利器，那么為何同時(shí)有那么多同行覺(jué)得這個(gè)東西中看不中用呢？筆者覺(jué)得除了數(shù)值分析工具本身的局限性以外（實(shí)際上任何一種工具都是有其局限性的）使用者要為此承擔(dān)不小的責(zé)任?，F(xiàn)在很多所謂的數(shù)值分析都是先由專業(yè)技術(shù)負(fù)責(zé)人拍板結(jié)果，然后再做分析“閉合”，當(dāng)做命題作文來(lái)做。而且為了“與經(jīng)驗(yàn)值較為吻合”，可謂無(wú)所不用其極，十八般武藝輪流登臺(tái)。
為活絡(luò)下氣氛我就先講個(gè)故事吧。
某公司的某個(gè)基坑項(xiàng)目：開(kāi)挖深度6m左右，采用一道支撐結(jié)合鉆孔灌注樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)的基坑，要求進(jìn)行基坑開(kāi)挖對(duì)周邊環(huán)境的影響分析，土體本構(gòu)擬采用MC模型分析（公司購(gòu)置的正版軟件可能沒(méi)有其他模型可選）。很顯然，由于MC模型為理想彈塑性模型且只有一個(gè)變形模量，很難勝任對(duì)基坑開(kāi)挖的模擬?；拥闹鲃?dòng)土壓力區(qū)域以剪切為主（sigma3不斷減小，偏應(yīng)力不斷增加），然而坑底，特別是基坑中間區(qū)域坑底的土體以卸載為主（偏應(yīng)力不斷減小的過(guò)程）。做過(guò)室內(nèi)三軸加卸載試驗(yàn)的朋友都知道，土體的加載（剪切）模量和卸載模量差別是很大的。因此，從理論上分析，很難用MC模型準(zhǔn)確的分析基坑的變形。
現(xiàn)在這個(gè)問(wèn)題就變成：已知土體材料為MC（也可采用高級(jí)模型，但是僅有勘察報(bào)告可參考，參數(shù)自己搞定），工程經(jīng)驗(yàn)為圍護(hù)結(jié)構(gòu)側(cè)向變形3~4cm，土體豎向沉降最大2~3cm，坑底隆起量最大4~5cm，圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形特征為“鼓肚子”且圍護(hù)結(jié)構(gòu)的底部側(cè)向變形不得大于0.5cm，要求采用主流巖土工程數(shù)值分析軟件“推導(dǎo)”出上述結(jié)果。
工程師A是比較中規(guī)中矩的，根據(jù)命題的最低要求采用MC模型模擬，各項(xiàng)參數(shù)均依據(jù)勘察報(bào)告中的建議值選用。不過(guò)碰到了小糾結(jié)：（1）強(qiáng)度參數(shù)只有直剪試驗(yàn)指標(biāo)，就它了，否則我還能怎么辦？；（2）勘察報(bào)告中只有壓縮模量Es0.1~0.2，這個(gè)和MC的變形模量有啥關(guān)系呢？用了再說(shuō)吧，也只有這個(gè)選擇了。好不容易模型建好了，開(kāi)挖工況設(shè)置好了，還檢查了一邊參數(shù)是否有輸錯(cuò)，工況是否無(wú)誤，就迫不及待的的點(diǎn)擊了“RUN”。若干時(shí)間后（視軟件的計(jì)算效率和硬件水平）結(jié)果出來(lái)了，第一時(shí)間點(diǎn)擊了“水平位移疊加位移矢量”，結(jié)果為水平位移9cm，灌注樁嚴(yán)重踢腳，整個(gè)模型呈“轉(zhuǎn)動(dòng)”的趨勢(shì)。整個(gè)分析結(jié)果完全和經(jīng)驗(yàn)值兩碼事情，無(wú)論從趨勢(shì)或者數(shù)值上都是沒(méi)有任何關(guān)系。但是領(lǐng)導(dǎo)催著交差呢，只好忐忑的跑去見(jiàn)技術(shù)負(fù)責(zé)人：有限元果真是RIRO（rubbish in , rubbish out），出來(lái)的東西簡(jiǎn)直亮瞎您的眼睛啊，我能力有限還是讓別人搞吧。
工程師B是比較好學(xué)的，早就聽(tīng)說(shuō)了MC模型不適合分析開(kāi)挖卸載問(wèn)題，查了點(diǎn)資料，發(fā)覺(jué)采用HSS（小應(yīng)變硬化土）模型分析基坑還是不錯(cuò)的，而且手頭的Z軟件中正好有這個(gè)模型，天助我也！打開(kāi)本構(gòu)參數(shù)輸入菜單就傻眼了，一坨一坨的參數(shù)需要輸入。然后看看手頭的勘察報(bào)告，只有直剪固快指標(biāo)，只有壓縮模量，還有這個(gè)gama0.7是什么玩意？郁悶哦。忽然靈光一閃，在HSS模型出來(lái)前，貌似用HS分析基坑也是可以的。因此，把HSS的“S”disable掉，果然參數(shù)少了好多。不過(guò)，還是有E50模量、Eur模量搞不定，還好手冊(cè)上有模量之間的倍數(shù)關(guān)系的建議值，Eur=3~5E50，E50=Es，保險(xiǎn)起見(jiàn)取5倍吧。結(jié)果出來(lái)了，側(cè)向變形8cm，地表沉降6cm，坑底隆起10cm，圍護(hù)結(jié)構(gòu)有“鼓肚子”的取值，但是端部側(cè)向位移還是有點(diǎn)大哦?？傮w判斷，趨勢(shì)可行，但是數(shù)值和經(jīng)驗(yàn)值差太多了，這個(gè)結(jié)果拿出去，即便領(lǐng)導(dǎo)放行，那到評(píng)審機(jī)構(gòu)也會(huì)被磚家羞辱一番的。此時(shí)一定要沉著冷靜，現(xiàn)在面對(duì)的問(wèn)題是所有的變形都超標(biāo)2倍左右，趨勢(shì)基本可行。有了，將所有模量放大兩倍不就可以了嘛？模型和工況都不用改，只改改模量參數(shù)即可。結(jié)果出來(lái)了，長(zhǎng)舒了一口氣，結(jié)果基本和經(jīng)驗(yàn)值差不多了，不過(guò)貌似地表沉降的影響范圍稍微遠(yuǎn)了點(diǎn)，貌似5倍基坑開(kāi)挖深度以外還有2mm的沉降，這個(gè)好像有點(diǎn)問(wèn)題哦。這個(gè)好解決，調(diào)整下云圖legend的色階，原先最大最小值之間是20個(gè)色階，一個(gè)色階的位移差是2mm，現(xiàn)在調(diào)整成10個(gè)色階，這樣0和2mm同屬于一個(gè)色階了，根本看不出來(lái)。領(lǐng)導(dǎo)看了結(jié)果后，還是比較滿意的，夸工程師B有悟性。不過(guò)有悟性的人也干了快兩天了，此時(shí)同事已經(jīng)把一個(gè)新的基坑方案做好了。
工程師C腦子非?；罱j(luò)，是不可多得的人才。他分析過(guò)程的前半段和工程師A基本一樣，當(dāng)然分析結(jié)果也基本一樣。但這樣傻乎乎的交出去顯然有失水準(zhǔn)啊。分析下面臨的問(wèn)題及對(duì)策：（1）側(cè)向變形大，可以通過(guò)成倍增加模量解決，為了實(shí)現(xiàn)調(diào)試的次數(shù)最少，可以采用“二分法最優(yōu)化原理”。（2）整個(gè)模型呈轉(zhuǎn)動(dòng)趨勢(shì)，顯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來(lái)那個(gè)。最有效果的就是“壓載”，不過(guò)如何自圓其說(shuō)？不是有很多工程樁嘛，就說(shuō)工程樁對(duì)土體的豎向約束等效為“廣義壓載”，先考慮20kPa看看結(jié)果，不夠再加嘛。半天時(shí)間結(jié)果就交到領(lǐng)導(dǎo)手里了，領(lǐng)導(dǎo)說(shuō)還是你效率高。
評(píng)審的時(shí)候到了，磚家花了99%的時(shí)間討論了方案從圖面質(zhì)量的標(biāo)注問(wèn)題到施工時(shí)候的注意事項(xiàng)，花了1%的時(shí)間討論下數(shù)值分析的評(píng)估結(jié)果：計(jì)算結(jié)果和經(jīng)驗(yàn)差不多，方案基本可行。
不需要對(duì)號(hào)入座，不知道是否把一些信息傳達(dá)到位？如果沒(méi)有，是我能力有限。
|
