有限元模擬三軸固結排水試驗

模型概況

土體試樣尺寸：高 8 cm，直徑 4 cm；

土體力學參數：彈性模量 10MPa，泊松比 0.3，粘聚力 10 kPa，內摩擦角 30°;

試驗荷載：圍壓 100kPa；

試驗類型：等應變式三軸試驗，豎向應變為 10%；

模擬的目標

1、等壓固結完成時的應力狀態

2、獲得三軸試驗剪切破壞時的豎向應力

模型注意事項

1、簡化為軸對稱問題

2、彈性階段采用線彈性本構模型，塑性階段采用莫爾-庫倫本構模型

3、將固結完成后的應力狀態作為初始狀態

4、不考慮等壓固結的變形

5、采用 abaqus 的 Geostatic 分析步模擬等壓固結完成后的應力狀態

6、采用軸對稱應力單元 CAX4 ，只劃分一個單元

7、剪脹角采用 abaqus 默認的最小值 0.1°

有限元模型

注：斜體樣式只劃分一個單元，單元類型 ：4節點線性軸對稱應力單元

豎向應力與豎向應變關系

得到土體試樣剪切破壞時的豎向應力為 334.6kPa，與理論計算結果一致。

土體試樣的初始應力場設置

初始應力的設置需要滿足平衡條件：等效節點荷載要和外部荷載、邊界條件平衡。如果達不到平衡，將不能得到一個位移為零的初始狀態。此時所產生的應力場也不是所施加的初始應力場。

在本例中，等壓固結完成后的應力場為：三個方向的主應力都為 100kPa。在初始步設置初始應力如下：

在 Geostatic 分析步定義邊界條件為：對稱軸處 X 方向位移為零，底部 Y 方向位移為零。在頂面和右側施加圍壓 100kPa。得到的初始應力場如下：

對應的土體試樣位移云圖如下，可以判斷 Geostatic 分析步未產生位移：