PLAXIS的模拟方法初探 (P1)

1. 引言

PLAXIS是一个非常优秀的岩土工程分析软件，特别在软土以及土与结构的相互作用方面，其性能在某种程度上超过了FLAC3D系列软件。PLAXIS在欧洲和东南亚的岩土工程市场广阔，美国一些比较高端的岩土工程咨询公司也很偏爱使用PLAXIS，但PLAXIS很少能够进入到加拿大的岩土工程市场，部分原因是由于加拿大本土有三家顶级的岩土工程软件公司，Rocscience, Geostudio和SoilVision, 现在SoilVision已被Bentley 兼并，与PLAXIS成了兄弟公司。

如同其它优秀的岩土工程计算软件，PLAXIS一直走在R & D (Research and Development) 的前沿，把最新的研究成果合并到软件中，现在大家比较熟知的强度折减法(Strength Reduction Method）技术就是PLAXIS最先引入到软件中，其次才是FLAC和RS2 (原来的Phase2)。在过去的工作中，我基本上没有真正接触过PLAXIS, 昨天查找一个东西，无意中转到PLAXIS的文档，于是写下这个随笔， 以便对PLAXIS的工作流程形成一个"big picture"。

2. PLAXIS的整体模拟流程

PLAXIS基本的模拟过程分为5步，如下图所示，首先建立土层的几何形状并设置土层的材料参数，然后建立结构的几何形状和设置材料参数，接着对土层和结构划分网格，如果没有地下水流动，不需要设置“渗流条件”，最后一步设置分步施工步骤。这一切都完成后就可以进行计算，然后即可以查看计算结果。总的来说整体的模拟流程还是比较清晰的，可能是因为这是个特定领域的有限元分析软件，不需要考虑太多的因素。相比之下，假如首次使用ABAQUS，真的能把人整晕，因为它的工作流程与岩土工程数值模拟的标准流程不一样。

3. 创建钻孔建立模型

PLAXIS通过创建钻孔来建立模型的几何形状，这是一个非常了不起的功能，它能够直接把钻孔数据输入到模型中，从而形成真实的地层。相比之下，在FLAC3D中建立一个不规则的地层则是一件非常痛苦的事情。更有趣的是PLAXIS可以直接把CPT数据通过“场数据”导入进来建立模型。

输入钻孔资料之后，可以对每一个地层设置不同的本构模型，PLAXIS主要侧重于土的模拟，因此本构模型与FLAC3D相比有点儿少，不过PLAXIS对于软土的模拟是非常棒的，它的HS-small小应变模型做的非常好，比FLAC3D相应的模型做得早也做得好。  

作为对比，下图所示的是FLAC3D的本构模型，共有33个，

4. 创建结构

PLAXIS一个非常强的功能是能够真实表示土层与结构及其相互作用。首先创建表面，然后拉伸(Extrusion）表面，非常容易建立一个三维的结构实体，同时给结构材料设置物理力学参数。

下图所示的是使用鼠标建立一个长方形表面，然后向下拉伸成一个立方体，用来模拟建筑物的基底。

5. 网格划分

PLAXIS可以对局部网格进行细化，例如基底附近的网格需要布置得密一些，可以使用多种方法来布置和优化网格。

6. 分阶段施工步骤

PLAXIS的模拟是分阶段进行的，首先必须完成在自重应力下的应力分配过程，常用的是K0过程，在此基础上再模拟其它载荷的作用。

7. 展示计算结果

当计算过程完成后，便可以在output模块内查看各种计算结果。这些结果可以是图形显示，也可以是数据表示，用来查看某些特定点或区域的数值，也可以把这些数值导出用在其它软件中。下图所示的是基底以及基底下土层的位移云图。可以看出，在基底位移量最大，随着深度增加，位移量逐渐减少，直至土层不发生位移。

7. 结束语

这个随笔简要描述了PLAXIS的工作流程，以便对这个软件有一个总体的了解。PLAXIS有许多非常好的设计思路值得学习，以后有时间会逐步介绍这些功能。