ABAQUS与岩土工程（五）——耦合的孔压-应力分析

2016-12-01  by:CAE仿真在线  来源:互联网

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严格意义上来说,小胖觉得这并不是传统意义上的流固耦合分析。只能说是把孔压自由度考虑在了固体有限元分析中。在耦合的孔压-应力分析(Coupled pore fluid flow - stress analysis)中,有一些需要注意的地方,小胖在这里简略总结一下。

材料

对于土体来说,我们经常采用MC/DP/MCC等模型。在不需要考虑孔压的情况下,通常不需要在这些本构中考虑渗透系数,但如果要考虑孔压,渗透系数的定义则不可避免。

上边是渗透系数定义的界面。需要注意的是,specific weight of wetting liquid需要输入的是液体的容重数值。而下边void ratio也并不是你所需指定的材料孔隙比。那这个孔隙比是啥呢?我们来看看Abaqus的帮助文件咋说:

看到没,这里的void ratio只是在需要定义孔隙比相关的渗透系数时才用定义的。一般情况下我们假设渗透系数是个常数,直接在void ratio里填个0就行了。

分析步

对于耦合的孔压分析,地应力平衡宝宝们可以大胆地采用Geostatic,支持的!但Static就不行了。有的情况下用Geostatic无法进行完美平衡,可以尝试采用Soils稳态分析,操作流程和static一样一样的。

后续的分析步就需要采用Soils了。根据问题的具体情况,分为稳态和瞬态。一般对于隧道、基坑等开挖问题,由于需要考虑土体的孔压变化过程,一般推荐各位采用瞬态分析,根据每个开挖步的工期进行相关的时间设定。比如一个开挖步10个小时,那么我们就可以按下图设置

上边那个参数比较重要,太小太大都不行,各位可以从10pa开始往上尝试。就是每一个增量步允许的最大孔压变化。

边界条件

建议一定要给定孔压的边界条件。否则极有可能出现孔压自由度(第8自由度)不收敛的情况。一般情况下,初始状态我们可以假设地下水位线处的孔压为0,然后根据具体问题,在后续分析步中进行修改。

初始状态

一般需要设定的初始状态包括初始地应力,初始孔隙比,初始孔压,初始饱和度。这些都可以在predefined field里面进行设置,不在赘述。

单元选择

对于实体单元,我们一般选择C3D8P。小胖觉得这个单元挺好的。

土豪们可以选用二阶单元(geometric order = quadratic)。小胖并不喜欢减缩积分单元。

强调

1. 还有一些其它的没有涉及,如流量边界等。对于一般的不排水分析,上边的设置足够了。

   
   

2. 请不要用pa作为单位,推荐选用kpa。

   
   

3. 请注意,基于重力计算的前提下,材料属性中密度为干密度,初始地应力为根据浮重度计算的有效应力(饱和情况下),计算得到的应力为有效应力!

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