既然數值分析工具是解決工程實際問題的利器，那么為何同時有那么多同行覺得這個東西中看不中用呢？筆者覺得除了數值分析工具本身的局限性以外（實際上任何一種工具都是有其局限性的）使用者要為此承擔不小的責任。現在很多所謂的數值分析都是先由專業技術負責人拍板結果，然后再做分析“閉合”，當做命題作文來做。而且為了“與經驗值較為吻合”，可謂無所不用其極，十八般武藝輪流登臺。
巖土工程數值分析之我見（二） ———從巖土工程師的角度理解數值分析方法在巖土工程中應用
回到同濟轉了一圈，又看到了當年的身影。這回想講的輕松點。
既然數值分析工具是解決工程實際問題的利器，那么為何同時有那么多同行覺得這個東西中看不中用呢？筆者覺得除了數值分析工具本身的局限性以外（實際上任何一種工具都是有其局限性的）使用者要為此承擔不小的責任。現在很多所謂的數值分析都是先由專業技術負責人拍板結果，然后再做分析“閉合”，當做命題作文來做。而且為了“與經驗值較為吻合”，可謂無所不用其極，十八般武藝輪流登臺。
為活絡下氣氛我就先講個故事吧。
某公司的某個基坑項目：開挖深度6m左右，采用一道支撐結合鉆孔灌注樁圍護結構的基坑，要求進行基坑開挖對周邊環境的影響分析，土體本構擬采用MC模型分析（公司購置的正版軟件可能沒有其他模型可選）。很顯然，由于MC模型為理想彈塑性模型且只有一個變形模量，很難勝任對基坑開挖的模擬。基坑的主動土壓力區域以剪切為主（sigma3不斷減小，偏應力不斷增加），然而坑底，特別是基坑中間區域坑底的土體以卸載為主（偏應力不斷減小的過程）。做過室內三軸加卸載試驗的朋友都知道，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模型準確的分析基坑的變形。
現在這個問題就變成：已知土體材料為MC（也可采用高級模型，但是僅有勘察報告可參考，參數自己搞定），工程經驗為圍護結構側向變形3~4cm，土體豎向沉降最大2~3cm，坑底隆起量最大4~5cm，圍護結構的變形特征為“鼓肚子”且圍護結構的底部側向變形不得大于0.5cm，要求采用主流巖土工程數值分析軟件“推導”出上述結果。
工程師A是比較中規中矩的，根據命題的最低要求采用MC模型模擬，各項參數均依據勘察報告中的建議值選用。不過碰到了小糾結：（1）強度參數只有直剪試驗指標，就它了，否則我還能怎么辦？；（2）勘察報告中只有壓縮模量Es0.1~0.2，這個和MC的變形模量有啥關系呢？用了再說吧，也只有這個選擇了。好不容易模型建好了，開挖工況設置好了，還檢查了一邊參數是否有輸錯，工況是否無誤，就迫不及待的的點擊了“RUN”。若干時間后（視軟件的計算效率和硬件水平）結果出來了，第一時間點擊了“水平位移疊加位移矢量”，結果為水平位移9cm，灌注樁嚴重踢腳，整個模型呈“轉動”的趨勢。整個分析結果完全和經驗值兩碼事情，無論從趨勢或者數值上都是沒有任何關系。但是領導催著交差呢，只好忐忑的跑去見技術負責人：有限元果真是RIRO（rubbish in , rubbish out），出來的東西簡直亮瞎您的眼睛啊，我能力有限還是讓別人搞吧。
工程師B是比較好學的，早就聽說了MC模型不適合分析開挖卸載問題，查了點資料，發覺采用HSS（小應變硬化土）模型分析基坑還是不錯的，而且手頭的Z軟件中正好有這個模型，天助我也！打開本構參數輸入菜單就傻眼了，一坨一坨的參數需要輸入。然后看看手頭的勘察報告，只有直剪固快指標，只有壓縮模量，還有這個gama0.7是什么玩意？郁悶哦。忽然靈光一閃，在HSS模型出來前，貌似用HS分析基坑也是可以的。因此，把HSS的“S”disable掉，果然參數少了好多。不過，還是有E50模量、Eur模量搞不定，還好手冊上有模量之間的倍數關系的建議值，Eur=3~5E50，E50=Es，保險起見取5倍吧。結果出來了，側向變形8cm，地表沉降6cm，坑底隆起10cm，圍護結構有“鼓肚子”的取值，但是端部側向位移還是有點大哦。總體判斷，趨勢可行，但是數值和經驗值差太多了，這個結果拿出去，即便領導放行，那到評審機構也會被磚家羞辱一番的。此時一定要沉著冷靜，現在面對的問題是所有的變形都超標2倍左右，趨勢基本可行。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，只改改模量參數即可。結果出來了，長舒了一口氣，結果基本和經驗值差不多了，不過貌似地表沉降的影響范圍稍微遠了點，貌似5倍基坑開挖深度以外還有2mm的沉降，這個好像有點問題哦。這個好解決，調整下云圖legend的色階，原先最大最小值之間是20個色階，一個色階的位移差是2mm，現在調整成10個色階，這樣0和2mm同屬于一個色階了，根本看不出來。領導看了結果后，還是比較滿意的，夸工程師B有悟性。不過有悟性的人也干了快兩天了，此時同事已經把一個新的基坑方案做好了。
工程師C腦子非常活絡，是不可多得的人才。他分析過程的前半段和工程師A基本一樣，當然分析結果也基本一樣。但這樣傻乎乎的交出去顯然有失水準啊。分析下面臨的問題及對策：（1）側向變形大，可以通過成倍增加模量解決，為了實現調試的次數最少，可以采用“二分法最優化原理”。（2）整個模型呈轉動趨勢，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那個。最有效果的就是“壓載”，不過如何自圓其說？不是有很多工程樁嘛，就說工程樁對土體的豎向約束等效為“廣義壓載”，先考慮20kPa看看結果，不夠再加嘛。半天時間結果就交到領導手里了，領導說還是你效率高。
評審的時候到了，磚家花了99%的時間討論了方案從圖面質量的標注問題到施工時候的注意事項，花了1%的時間討論下數值分析的評估結果：計算結果和經驗差不多，方案基本可行。
不需要對號入座，不知道是否把一些信息傳達到位？如果沒有，是我能力有限。
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