當土壤承受負荷和溫度變化時，必須解決一個描述變形，孔隙流體流動和通過土壤傳熱的方程組耦合問題，以準確預測固結行為。在這個問題中，說明了Abaqus / Standard對一維熱固結建模的能力。研究了一維全飽和土在恒定表面載荷和恒定表面溫度下的固結行為，并將所得結果與Aboustit等人的結果進行了比較。 （1985）。

問題描述

該問題可以視為與1.15.1節“ Terzaghi固結問題”的熱學對應。該部分中的討論同樣適用于此問題，此處不再贅述。圖1.15.6-1顯示了線性彈性土柱在恒定表面壓力和恒定表面溫度下的一維熱彈性固結。該列高7個單位，寬2個單位。土體底部受到約束，并且除允許自由流動的頂表面外，土體的所有側面均不可滲透。頂表面承受1單位的恒定壓力和50單位的恒定溫度。假定土壤已完全飽和。重力被忽略了。 Aboustit等人報道的材料性能。 （1985）被使用。土壤是彈性的，模量為6000單位，泊松比為0.4。土壤的滲透率為4×10-6單位，比重為1單位。由于Aboustit等。 （1985年）只使用了一組熱性質，對于固體和孔隙流體使用相同的熱性質。比熱為40單位，密度為1單位。土壤和孔隙流體的電導率為0.2單位，熱膨脹系數為0.3×10-6。

One-dimensional thermal consolidation model.

 

限制了所有垂直于側面的位移以強制執行一維行為。固結分析使用具有自動時間步長的瞬態土固結步驟進行。此問題的時間步進由兩個參數控制：一個參數控制溫度場時間積分的準確性，另一個參數控制孔隙流體流時間積分的準確性。孔隙流體溶液的穩定性極限為

 

 

 

它規定了最小時間增量。該方程式中使用的變量在《 Abaqus Analysis用戶指南》第6.8.1節“耦合的孔隙流體擴散和應力分析”中定義。所使用的網格與Aboustit等人使用的網格相同。 （1985），導致最小時間增量為0.1。由于施加了表面載荷，靠近表面的元件立即獲得與施加的載荷相等的孔隙壓力。因此，使用每增加1.1的最大孔隙壓力變化以及初始時間增加0.1的情況。這樣可確保在分析中不使用小于0.1的時間步長來滿足孔隙流體流動的時間積分精度。選擇最大允許溫度變化增量為3，以避免必須使用小于所需孔隙流體穩定性極限的時間增量。通過首先僅使用最大孔隙壓力變化的值運行問題并確定增量溫度變化來獲得最大允許溫度變化的值。上面列出的參數值導致中等精度的解決方案。如果需要更精確的解決方案，則應使用更精細的網格。

由于負載量較小，因此非線性幾何效應在此問題中并不重要。類似地，由于非常小的流體速度，由于孔隙流體流動而引起的熱對流效果不足以支配不對稱剛度。但是，出于完整性考慮，我們選擇激活幾何非線性分析以及不對稱剛度。具有對稱剛度的小應變分析的結果與給出的結果沒有區別。該步驟的時間段為21.1，對應于將Abaqus / Standard結果與參考溶液進行比較的時間。

結果和討論

在分析開始時，除頂表面外，整個區域的溫度均為零，并且孔隙壓力等于施加的表面載荷，因為所有載荷均由孔隙流體承擔。隨著時間的流逝，溫度前沿從頂部到底部逐漸升高，并且隨著孔隙流體從頂部流出，施加的表面載荷從孔隙流體轉移到土壤骨架，從而降低了區域內的孔隙壓力。在穩態極限下，所有區域的孔隙壓力均為零，恒定溫度等于施加的表面溫度。在時間21.1，當溫度前沿距頂表面已增加一定距離且孔隙壓力部分降低時，比較孔隙壓力和溫度的Abaqus / Standard解決方案。結果如圖1.15.6–2所示。使用施加的溫度和施加的表面壓力對溫度和孔隙壓力值進行歸一化。縱坐標使用土柱的高度標準化。 Abaqus / Standard的結果與Aboustit等人的結果相當。 （1985）。

 Normalized temperature and pore pressure along the z-direction at time 21.1.

 

The one-dimensional thermal consolidation problem.rar