孔隙水壓力的案例
算例、視頻--分步填埋(超孔隙水壓力消散)<轉自igeo.cn>
工況：
在弱土地基上分五步填五層土，每填一層土后，弱土中孔隙水壓力就會增大
但過段時間由于超孔隙水壓力的消散，土中水壓力會減小。
具體見視頻和說明文檔中。
第一部分
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桌面[1].part02.rar
ABAQUS有效應力
①有效應力
土體強度主要由土顆粒之間的法向應力決定的：
τ=c+σtanψ
飽和土體由土和水組成，而總應力也是由這2相承擔。孔隙中的水承擔的部分我們稱呼為孔隙水壓力，另外一部分土骨架承擔的部分我們稱呼為有效應力。土的抗剪強度是由有效應力決定的(水是流體，不耐剪)。
P=P'+(A-As)*u As為土顆粒接觸面積
同時除以A得，σ=σ'+(1-α)*u
如果α等于零，即最早太沙基提出的飽和土有效應力原理。
我們正常固結的飽和土中的孔隙水壓力為靜孔隙水壓力，在外荷載如地震等作用下會形成超孔隙水壓力。通常我們關心超孔隙水壓力的分布與消散，但在地震等瞬間發生的巨大外荷載作用下，超孔隙水壓力來不及消散（土的固結滲透是個漫長過程）。孔隙水壓力增大，有效應力減小，成液態狀-即土的液化。
②外力增量(鉛直增量Δσ1,水平增量Δσ3)下孔隙水壓力變化
大多土工問題常把主應力增量分成兩部分來考慮，①各項等壓增量(Δσ1+Δσ3)/2 ②偏差應力增量(Δσ1-Δσ3)/2。前者對應的孔隙水壓力增量為Uc，后者對應的孔隙水壓力增量為Us，總的孔隙水壓力增量為u=Uc+Us，那么Uc和Us與外力增量間有什么關系呢，接下來介紹兩個孔壓系數B和A(見推導)。
（圖中有點錯誤，最后Δu=B*Δσ）
即：Uc=B*(Δσ1+Δσ3)/2
對于飽和巖土，水壓縮系數很小，而土骨架壓縮系數很大，固對于飽和土體，B可以取1.
展開 SIGMA/W 專業的應力變形有限元分析軟件
由SEEP/W軟件計算載荷作用下的瞬時孔隙水壓力，而由SIGMA/W軟件計算孔隙水壓力產生的變形。
用于土體結構內部相互作用的梁結構和桿單元。
回填或開挖時的分段載荷。
3.與其他應用軟件的結合：
1）SIGMA/W軟件計算出的應力可用于SLOPE/W軟件或QUAKE/W軟件中：
在SLOPE/W軟件中用有限元方法計算出的應力值，與由變形分析中得到的應力值一樣，用這些應力值就可以對一些嚴格的穩定性問題進行分析了。此外，在QUAKE/W軟件的地震動力學分析中，用戶可以將SIGMA/W軟件計算出的應力作為初始應力分布值。
2）SIGMA/W軟件計算出的孔隙水壓力可用于SLOPE/W軟件或QUAKE/W軟件中：
在SIGMA/W軟件中，在如回填等穩定載荷作用下產生的超孔隙水壓力可以代入SEEP/W軟件中研究地基中的超孔隙水壓力的消散所需時間。用戶可以用SLOPE/W軟件來分析建造過程這些附加應力對穩定性的影響，以便用戶決定分步加載的必要性。
展開 SIGMA/W的簡介
? 邊界條件類型包括X和Y方向的位移、力、壓力、彈簧、以及自重載荷。
? 可以執行一系列的堆載或者分步開挖分析，進行實際施工過程模擬。
? 用于土體結構內部相互作用的梁結構和桿單元。
? 用戶自定義本構模型。
與其它軟件的耦合應用：
1）SIGMA/W計算出的應力可用于SLOPE/W軟件或QUAKE/W軟件中：
在SLOPE/W軟件中應用SIGMA/W有限元方法計算出的應力值，用有限元應力+極限平衡分析方法計算邊坡安全系數。此外，在QUAKE/W軟件的地震動力學分析中，用戶可以將SIGMA/W軟件計算出的應力作為QUAKE/W分析的初始應力分布。
2）SIGMA/W計算出的孔隙水壓力可用于SLOPE/W軟件或QUAKE/W軟件中：
在SIGMA/W軟件中，在如回填等穩定載荷作用下產生的超孔隙水壓力可以代入SEEP/W軟件中研究地基中的超孔隙水壓力的消散所需時間。SIGMA/W計算的孔隙水壓力被導入SLOPE/W，可以分析建造過程對穩定性的影響，以便用戶決定分步加載的必要性。
展開 
abaqus地應力平衡的幾個注意事項
首先大家來比較一下采用geostatic分析步時增量步分別為automatic與fixed計算出來的孔隙水壓力、豎向有效應力、豎向位移結果對比，可以發現，除了豎向位移不同，計算出來的孔隙水壓力、豎向有效應力完全相同，可以認為增量步為automatic達到平衡，fixed計算出來的豎向位移未有達到平衡。
于是我再采用geostatic分析步時增量步fixed計算出來的odb文件，添加到預定于場里，可以發現，除了豎向位移不同，計算出來的孔隙水壓力、豎向有效應力完全相同，此時的位移達到平衡。
注意：此模型全部只有土體一個部件，所以用geostatic分析步時增量步automatic能計算出較好的結果，但是若有其他樁體墻體等部件或者接觸時，geostatic分析步時計算基本不會收斂，希望高手能給予交流，若有其他部件時，平衡真的很難，我平時的做法是采用一般靜力分析步算出odb結果文件，再添加到預定于場中，采用一般靜力分析步，該方法大多數時候平衡效果并不是很好，負4次方級算理想結果，只有重復導入，重復次數越多，達到滿意結果，但是需要耐心，因為不知道會要多少次，甚至幾十次上百次了。
還有就是想說的是，如果你用geostatic分析步時增量步automatic計算時，如果有其他壓力或者其他荷載時，也是很難收斂，甚至基本是無法收斂。以上暫時也沒什么解決的方法，大家地應力平衡盡量選擇用geostatic分析步時增量步automatic，如果有其他部件時就用odb或者csv方法，慢慢調試吧，同時希望大神能提出更好的方法！
展開 快速降水對壩體穩定性的影響(Rapid Drawdown)
堤壩中孔隙水壓力的消散在很大程度上受路堤材料滲透性的影響。高度滲透性材料在快速降水過程中會迅速排干，但低滲透材料需要很長時間才能排干。當水位下降時，由于移去了水的重量而產生的穩定力會減小，如果壩體材料的滲透性較低，并且水位迅速下降(Rapid Drawdown, RD)，移去了水重量產生的穩定力，但堤壩內的孔隙水壓力仍然很高，具有低滲透性的壩體材料其超孔隙壓力將會緩慢消散，導致堤壩的穩定性降低。此外, 工業場地的儲水池(Pond)在快速降水后也可能會產生類似的破壞。
2. 快速降水分析方法
快速降水的分析方法共有四種，其中以Duncan等人的方法(3)最為流行。
(1) 快速降水對堤壩穩定性的研究工作始于Lowe and Karafiath提出的算法[(1960) Stability of Earth Dams Upon Drawdown]，其核心是使用未降水前的不排干內摩擦角計算降水后的內摩擦角和粘結力；
(2) Army Corps of Engineers[(1970) Engineering and Design – Stability of Earth and Rock Fill Dams] 使用兩線段代替了原始的一線段，使得設計方法趨于保守;
(3) Duncan, Wright and Wong[(1990) Slope Stability during Rapid Drawdown]在Lowe and Karafiath工作的基礎之上，進行了第三階段的計算，在這個階段，計算每個slice底部的有效應力，如果排干抗剪強度小于不排干抗剪強度，那么就使用排干抗剪強度進行計算。這三種Multi-Stage Rapid Drawdown方法都屬于總應力法；
(4) 有效應力法，即B-Bar方法。
展開 土的剪切試驗方法
2） 固結不排水剪（CU） 試驗時，先施加周圍壓力，然后打開排水閥，使試樣排水固結。排水終止，固結完成，關閉排水閥，然后施加軸向力直至試樣破壞。在試驗過程中，如需測量孔隙水壓力，就可打開孔壓量測系統的閥門。通過試驗，可以獲得總應力抗剪強度指標和有效應力抗剪強度指標。 固結不排水剪試驗是經常要做的工程試驗，適用的實際工程條件是一般正常固結土層在工程竣工時或竣工以后受到大量、快速的活荷載或新增加的荷載的作用時所對應的受力情況。 3） 固結排水剪（CD） 在周圍壓力和軸向力施加的過程中，打開排水閥，讓試樣排水固結，固結穩定后，在排水條件下放慢軸向力加荷速率并使試樣在孔隙水壓力為0的情況下達到破壞。 3、 無側限抗壓強度試驗 無側限抗壓強度試驗實際上是三軸壓縮試驗的一種特殊情況。試驗中，對試樣不施加周圍應力，僅施加軸向力。 4、 十字板剪切試驗 十字板剪切儀是一種使用方便的原位測試儀器，可以測定飽和粘性土的原位不排水強度，特別適用于均勻飽和軟粘土。十字板剪切試驗所得結果相當于不排水抗剪強度。
展開 GeoStudio工程應用實例之54 水位線下基坑開挖受力分析
對孔隙水壓力、負孔隙水壓力進行了研究。 坡體剖面圖如下所示
點擊下載：本地下載
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ABAQUS 小應變分析(例4) 修正劍橋模型(MCC)模擬粘土的比奧固結 ￥67
ABAQUS 小應變分析(例4) 修正劍橋模型(MCC)模擬粘土的比奧固結
修正劍橋模型(MCC)被廣泛應用于粘土的滲流固結當中，能較準確地預測因滲流固結導致的土體沉降，有效應力變化，孔隙水壓力和孔隙比(e)的變化。該模型模擬粘土(Clay)在受荷作用下土體的固結，粘土為均質粘土，其先期固結壓力為200kPa，在實施地應力平衡后，土體頂部施加50kPa的固結壓力。土表面為自由滲流邊界。
建模及結果展示：
模型位移邊界及頂部50kPa荷載
模型網格劃分
土表面在50kPa荷載下隨時間的沉降位移曲線
土的孔隙水壓力分布
土的孔隙比(e)的分布
展開 Slide邊坡穩定性分析軟件
它具備一系列全面廣泛的分析特性，包括支撐設計，完整的地下水（滲流）有限元分析及隨機穩定性分析。軟件采用Windows 交互界面，支持CAD底圖建模，不論問題簡單或復雜，用戶都可輕松、直觀地進行分析。
Slide 軟件的特點：
圓弧、非圓弧及符合滑移面等多種滑移面的自動搜索；
Bishop, Spencer, GLE ? Morgenstern-Price 等多種的極限平衡分析方法；
各向異性、非線性等多種材料破壞準則；
水位線、孔隙水壓力系數、穩態有限元滲流分析等多種孔隙水壓力分析方法；
材料參數的靈敏性分析；
隨機穩定性分析；
滑移面裂隙分析；
線性、分布、擬靜力等外荷載分析；
土釘、土層錨桿、土工織物、樁等結構荷載；
詳細的滑移面分析結果輸出。
展開 邊坡穩定分析的總應力法與有效應力法
各點孔隙水壓力能夠確定，因此，原則上應該采用有效應力法分析。因為沒有一種實驗方法能夠模擬這種狀態下土體中的有效應力和孔隙水壓力分配。
邊坡穩定分析的總應力法與有效應力法
各點孔隙水壓力能夠確定，因此，原則上應該采用有效應力法分析。因為沒有一種實驗方法能夠模擬這種狀態下土體中的有效應力和孔隙水壓力分配。
多孔介質的地應力平衡
根據單向固結理論，有效應力=總應力-孔隙壓應力。在非飽和問題中，ABAQUS采用的是：有效應力=總應力-飽和度*孔隙水壓力。又由于ABAQUS對孔壓正負號的規定和土力學中一致，而對應力正負號的規定和土力學中剛好相反，故上面公式中的“-”號要改為“+”號。對《abaqus在土木工程中的應用》一書中的這個例子，土體頂面的總應力是為零的，但孔壓為-10kpa，查-10kpa對應的飽和度得0.9789，再用上面的公式計算就得到了-9.789kpa。個人感覺不要死套公式，對每一點都分別算出總應力和孔隙水壓力，再按上式計算有效應力。最后一點：《abaqus在土木工程中的應用》一書中給出的初始有效應力的計算公式有點問題，手冊上面說的很詳細，手冊里面是把土體分為完全干燥區，半飽和區和完全飽和區三部分來考慮的。把手冊上相關的部分傳上來，希望對大家有所幫助。
多孔介質的地應力平衡.rar
展開 ABAQUS 小應變分析(例5) 考慮比奧固結的地基承載力分析 ￥67
該模型(MCC)被廣泛應用于粘土的滲流固結當中，能較準確地預測因滲流固結導致的土體沉降，有效應力變化，孔隙水壓力和孔隙比(e)的變化。
建模時，先對粘土(Clay)施加先期固結壓力200kPa,以達到預固結的效果；在此基礎上進行土體的預應力平衡；而后對剛性基礎施加一個向下的位移，研究基礎在考慮比奧固結情況下的承載力。
建模及結果展示：
模型位移邊界條件及地基預壓固結
模型網格劃分
模型局部網格細化
條形基礎的承載力位移曲線
條形基礎下壓時的土體應力分布
條形基礎下壓時所激發的周圍土體
條形基礎下壓時土體的等效塑性應變
條形基礎下壓時土體內的孔隙水壓力分布
條形基礎下壓時土體內的孔隙比的變化
展開 陳國楨：關于土壓力計算的若干問題討論
2.土壓力計算的基本意義
土的有效應力原理是土力學理論中最重要的概念之一，無論是研究土的強度或變形，有效應力的概念總是貫穿始終的。
土的組成與其他物質那種連續固體材料有著顯著的不同。可以說有效應力原理的提出和應用闡明了碎散顆粒材料與連續固體材料在應力關系上的重大區別，是使土力學成為一門獨立學科的重要標志。
有效應力原理的基本概念：一般處于地下水水位以下的土層或土中的含水量超過土能夠容納的程度即為和狀，飽和土是由固體顆粒構成的骨架和充滿其間的水組成的兩相體，受外力后由兩種應力形式承擔:一種是粒間應力受力由土骨架承擔，由顆粒之間的接觸傳遞；另一種是孔隙水壓力：受力由孔隙水承擔，由連通的孔隙水傳遞。有效應力原理要點：飽和土。
太沙基首次將有效應力原理內容歸納為兩點：飽和土體內任一平面上受到的總應力可分為有效應力和孔隙水壓力兩部分。這樣就明確了土的變形（壓縮）與強度的變化都取決于有效應力的變化。
首先，我們承認太沙基計算法是經典土力學方法。也是一種用數學計算土壓力的方法。在實際運用中產生的兩種結果。砂性土比較符合實際，粘性土與實際有不符的。造成這種差異的原因是土的結構不同，簡單地說，自然界的土層基本上都含水，粘性土中的水是水和土結合在一起的，砂性土水是各自分開的。這種狀態用統一公式計算，當然會產生計算結果不一樣。所以水土分開計算也好，水土分開也好都是一種計算方法問題。不是錯與對的問題。簡單的說：土的有效應力等于總應力減去孔隙水壓力；土的有效應力控制了土的變形。
地基土破壞形式有三種：即整體剪切破壞（一般發生在密實砂土中）、局部剪切破壞（一般發生在中等密砂中）和刺入破壞（一般發生在松砂中）。
太沙基關于飽和土的有效應力原理及基于有效應力原理的固結理論很好地解釋了海洋粘土受壓后長時間緩慢沉降及強度逐漸增長的內在原因及規律。
展開 