砂土的案例
砂土剛度衰減模型在海上風(fēng)電工程中的應(yīng)用
當(dāng)循環(huán)次數(shù)增大，砂土剛度衰減系數(shù)迅速降低，瞬態(tài)彈性模量隨之減小，土體呈現(xiàn)軟化趨勢，編譯的USDFLD子程序能較好地實現(xiàn)循環(huán)承載工況下砂土地基的剛度衰減。
6. 結(jié)語
砂土地基因其循環(huán)承載下特有的軟化現(xiàn)象，采用常規(guī)的有限單元分析方法很難得到較合理的解答。本次研究基于大型通用有限元軟件Abaqus的計算內(nèi)核，采用FORTRAN計算機語言編寫了砂土地基中海上風(fēng)電基礎(chǔ)通用的USDFLD子程序，通過引入砂土的剛度衰減系數(shù)將砂土的瞬時彈性模量與循環(huán)次數(shù)聯(lián)系在一起，能較好地實現(xiàn)循環(huán)承載工況下砂土地基的變形累計與剛度衰減，并得到以下重要結(jié)論：
（1） 循環(huán)承載工況下砂土的軟化現(xiàn)象會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的側(cè)向變形隨循環(huán)次數(shù)的增大而迅速提高，設(shè)計時需慎重考慮其影響。
（2） 砂土剛度衰減模型是分析砂土地基循環(huán)承載工況的有效方法，采用FORTRAN編譯的USDFLD子程序有較好的準(zhǔn)確性和通用性。
（3） 砂土剛度衰減模型實現(xiàn)的關(guān)鍵是對材料積分點應(yīng)力張量的處理和循環(huán)次數(shù)的判定，由Abaqus求解器傳遞到USDFLD子程序內(nèi)的計算參數(shù)能滿足二次開發(fā)程序的所有輸入需求。
（4） 剛度衰減系數(shù)K是二次開發(fā)程序的本質(zhì)參數(shù)，其計算公式內(nèi)的參數(shù)b1，b2對K值影響較大，建議相關(guān)學(xué)者開展相應(yīng)的土力學(xué)研究探求其具體規(guī)律。
計算機配置：
CPU:Intel(R) Core(TM) i7-10750H CPU @ 2.60GHz 2.59GHz(11核)
內(nèi)存：32GB
計算耗時：
大直徑單樁基礎(chǔ)：9h
負(fù)壓筒基礎(chǔ)：12h
導(dǎo)管架基礎(chǔ)：25h
展開 砂土地基彈性沉降的經(jīng)驗估算(Immediate Settlement in Cohesionless Soil)
所有的土在載荷作用下會產(chǎn)生彈性沉降, 對于一個在應(yīng)力分布影響區(qū)內(nèi)，由砂土支撐的地基，通常只需考慮彈性沉降。砂土的彈性沉降比粘土大，而且砂土的沉降基本上瞬時完成(Immediate Settlement)。在過去70多年里，已經(jīng)發(fā)展了多種預(yù)測砂土(cohesionless soil)彈性沉降的經(jīng)驗方法。這些方法都是基于現(xiàn)場試驗數(shù)據(jù),例如標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗SPT、圓錐貫入試驗或稱靜力觸探試驗CPT等得出的，不過只能針對規(guī)則形狀的載荷，如矩形和圓形進(jìn)行估算，對于不規(guī)則形狀的荷載或路堤，沒有解決方案。同時假設(shè)荷載是剛性的，所以沉降在荷載區(qū)域的每個地方都一樣。
2 彈性沉降估算方法
文獻(xiàn)中有許多估算砂土彈性沉降的方法，總的來說可分為如下三類：
(1) 實測結(jié)構(gòu)沉降方法。這些方法通過標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(SPT)或靜力觸探試驗(CPT)的結(jié)果與實測沉降數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸，從而得出預(yù)測沉降，例如Terzaghi and Peck(1948,1967)、Meyerhof(1956,1965)、DeBeer and Meyerhof(1956,1965)、Martens(1957)、Hough(1969)、Peck and Bazaraa(1969)以及Burland and Burbidge(1985)。
(2) 半經(jīng)驗方法。這些方法結(jié)合了現(xiàn)場實測沉降數(shù)據(jù)和理論分析。這些研究包括Schmertmann(1970)、Schmertmann等人(1978)、Briaud(2007)以及Akbas and Kulhawy(2009)所作的工作。
(3) 彈性理論方法。使用彈性模量和泊松比進(jìn)行估算。
Settle3(Version 5.012 – 8/13/2021) 包含了如下5種經(jīng)驗方法，估算圓形載荷和矩形載荷作用下的沉降。
展開 ABAQUS CEL (例7) 3D模擬巖土靜力觸探(CPT)貫入砂土 ￥66.67
ABAQUS CEL (例7) 3D模擬巖土靜力觸探(CPT)貫入砂土
一、模型背景
1) 3D模擬CPT貫入砂土全過程，為土體大變形模擬；
2) CPT錐角為60度，貫入速度為0.02m/s，貫入深度為10米;
3) 土本構(gòu)采用摩爾庫倫模型，以模擬CPT貫入砂土時土的應(yīng)力應(yīng)變行為。
二、模型的建立
利用軸對稱性，土層和CPT都只建立90度模型：
模型全貌
CPT的錐尖
CPT與土層初始位置
三、模擬的效果
初始狀態(tài)
CPT貫入土層中
CPT貫入時的土體應(yīng)變分布圖
CPT貫入時的土體應(yīng)力分布圖
CPT貫入時的砂土速度場流動分布圖
展開 砂土地基碾壓加密的模擬
碾壓法和夯實法是常用的地基處理方式，碾壓法是采用碾壓、振動壓實機械，如壓路機、振動壓路機、推土機、羊足碾等機械，來回反復(fù)碾壓、震動使地基土密實、強度提高、壓縮性降低，從而使地基得到處理的一種密實方法。
本文主要針對于砂土碾壓法進(jìn)行建模，建模步驟主要分為兩步，首先生成一個比較松的砂土地基。之后在砂土地基上生成一個碾輪，并讓其來回滾動，使得砂土加密。
先看一下地基的生成方式，為了使研究結(jié)果比較好，這里的砂土沒有經(jīng)歷過成樣、預(yù)壓然后自重，而是直接生成帶有摩擦系數(shù)的顆粒，在自重下沉降。
展開 
LS-DYNA SPH-DEM彈體侵徹砂土 ￥251
<p>采用LS-DYNA軟件，通過SPH-DEM耦合算法構(gòu)建彈體侵徹砂土模擬，其中SPH為彈體，DEM為砂土，</p><p>主要難點如下：</p><p>（1）SPH炸散問題</p><p>（2）DEM顆粒間穿透</p><p>（3）SPH-DEM耦合理論</p><div contenteditable="false" width="100%"><jsk id="C_Playf0bb79713c1171f1805c4531959c0102" videoid="f0bb79713c1171f1805c4531959c0102" duration="0秒"><img src="https://img.jishulink.com/static/web/youku-case.png"></jsk></div><p><br></p>
展開 LS-DYNA FEM-DEM砂土侵徹 ￥251
<p><span style="color: rgb(25, 27, 31);">基于LS-DYNA軟件，采用FEM-DEM耦合算法構(gòu)建剛體彈體侵徹砂土，其中砂土采用DEM構(gòu)建，彈體采用FEM構(gòu)建，本模型難點如下：</span></p><p>（1）FEM-DEM接觸界面力的輸出</p><p>（2）FEM-DEM耦合穿透如何解決</p><p>（3）DEM接觸力理論的理解</p><p><br></p><p><br></p><figure style="text-align: center;" class="ql-align-center">
<figure class="figure-image" contenteditable="false" data-img="https://img.jishulink.com/202604/attachment/b74a5a63ecac444f85b59dfc96a5ff2f.png" style="display: inline-block;" data-regular="true">
<img src="https://img.jishulink.com/202604/attachment/b74a5a63ecac444f85b59dfc96a5ff2f.png" data-mobile-src="https://img.jishulink.com/202604/attachment/b74a5a63ecac444f85b59dfc96a5ff2f.png?image_process=/format,webp" data-pc-src="https://img.jishulink.com/202604/attachment/b74a5a63ecac444f85b59dfc96a5ff2f.png?
展開 ABAQUS CEL (例2) 海上開口樁貫入砂土 (附完整的input file) ￥66.67
ABAQUS CEL (例2) 海上開口樁貫入砂土 (附完整的input file)
背景
該input file模擬的是開口鋼樁在砂土中的貫入過程，樁相較于土的剛度大很多，因而采用解析剛體來模擬開口鋼管樁，土的本構(gòu)采用摩爾庫倫本構(gòu)模型。
所建模型
模擬結(jié)果
樁貫入土中時，土體水平應(yīng)力分布圖
樁貫入土中時，土體豎向應(yīng)力分布圖
樁貫入土中時，土體應(yīng)變分布圖
樁貫入土中時，樁內(nèi)外壁土體的流動矢量圖（土體速度分布圖）
PFC休止角（堆積角）計算的滾筒方法——砂土顆粒
這里給出砂土顆粒的滾筒模擬結(jié)果。
首先在生成圓形容器并且生成顆粒，加重力平衡
new
domain extent -1 1
wall generate circle position 0 0 radius 1
ball distribute porosity 0.28 radius 0.006 0.009 range annulus center 0 0 radius 0 [1-0.009]...
plane o 0 0 dip 0 belowcmat default model linear method deformability emod 100e6 kratio 1.74 property fric 0.5
ball attribute density 2.7e3 damp 0.7
cycle 2000 calm 50
set gravity 9.8
solve
save sample
以上為得到初始狀態(tài)所需的代碼。
然后簡單的給圓形容器一個滾動速度便可以了，注意墻和球之間的摩擦效率要很大，這樣模擬效率高。
展開 簡便DIC計算變形示例
算例2：砂-混凝土剪切
算例2是一個混凝土與砂土直剪試驗，利用DIC計算砂土的位移場。經(jīng)過旋轉(zhuǎn)校正后的圖像混凝土-砂土的分界面幾乎是完全垂直的，劃分網(wǎng)格后進(jìn)行計算。
直接上結(jié)果，砂土類材料，網(wǎng)格點絕對不是越密越好，仔細(xì)看視頻的話，可以看到砂土顆粒有大的旋轉(zhuǎn)變形，還有小顆粒砂礫從大顆粒砂形成的骨架中間跌落的現(xiàn)象，因此，適當(dāng)?shù)拇志W(wǎng)格能夠獲得比較好的效果。
PFC砂土柔性雙軸
首先看一下應(yīng)力應(yīng)變：
0.1孔隙率
0.18孔隙率
0.26孔隙率
可以看出來還是比較符合常規(guī)的砂土力學(xué)特性的，即：
1、密砂軟化、松砂硬化
2、不同孔隙率的殘余強度一致
我們再看一下10%應(yīng)變對應(yīng)的位移圖：
0.1孔隙率
0.18孔隙率
0.26孔隙率
具體機理不去解釋了，基本在很多土力學(xué)論文中都可以了解到。
20%應(yīng)變對應(yīng)的位移圖
0.1
0.18
0.26
為了展現(xiàn)更多細(xì)節(jié)，通過動圖顯示會好一點
0.1孔隙率
0.18孔隙率
0.26孔隙率
巖石的和這個道理一樣，就不單獨寫了。
不得不說一句，我真牛批
MIDAS 巖土產(chǎn)品 2018軟件升級內(nèi)容
- MIDASIT
midas GTS NX
升級內(nèi)容介紹
01 分析
1.1收斂速度改進(jìn) (初始應(yīng)力估算&超松弛)
1.2摩爾庫倫模型（張拉破壞）
1.3非線性時程分析-考慮自重
1.4自動計算 K0 及 K0nc
1.5 修正UBC SAND: 液化區(qū)域-修正砂土液化本構(gòu)模型
1.6 UBC SAND: 液化區(qū)域-輸入?yún)?shù)
1.4 自動計算 ???? 及 ????????
● 側(cè)壓力系數(shù)???? 可以基于其他已輸出參數(shù)，比如摩擦角、超固結(jié)比（OCR）和泊松比等參數(shù)自動計算(仍可以手動輸入)；
● 初始應(yīng)力場的計算過程中, 需要注意分析控制選項中的【使用K0條件】是否需要勾選)。
1.5 修正UBC SAND: 液化區(qū)域 - 修正砂土液化本構(gòu)模型
● 用于預(yù)測在地震荷載作用下砂土液化行為的有效應(yīng)力模型；
● GTS NX的液化模型實現(xiàn)了完整的三維隱式法求解的修正砂土液化本構(gòu)。
展開 
土力學(xué)——土中的水和氣
砂土：1%，黏土：17%
黏土中含強結(jié)合水時呈固定狀態(tài)，磨碎后則呈粉末狀態(tài)。
2）弱結(jié)合水：緊靠于強結(jié)合水的外圍形成一層結(jié)合水膜。不能傳遞靜水壓力；水膜較厚的弱結(jié)合水能夠向臨近的薄水膜轉(zhuǎn)移；當(dāng)土中含較多弱結(jié)合水時，土具有可塑性。
砂土比表面積較小，幾乎不具可塑性。而黏性土的比表面較大，其可塑性范圍較大。逐漸過渡到自由水。弱結(jié)合水是黏性土在某一含水量范圍內(nèi)表現(xiàn)出可塑性的原因。
3、自由水：以液態(tài)形式存在土中。存在于土粒表面電場影響范圍以外的水，性質(zhì)與普通水一樣，能傳遞靜水壓力；冰點為0℃，有溶解能力。自由水按其移動所受作用力的不同，分為重力水和毛細(xì)水。
1）重力水：存在于地下水位以下，透水土層中的地下水；是在重力或壓力差作用下的自由水。對土粒有浮力作用，可影響土的應(yīng)力狀態(tài)。
2）毛細(xì)水：存在于地下水位以上，透水土層中的地下水；分布在土粒間相互貫通的孔隙，可以看成是形狀不一、直徑互異、彼此連通的毛細(xì)管。是受到水與空氣交界面處表面張力作用的自由水，由于水分子與土粒分子之間的附著力，以及水氣界面上的表面張力，地下水將沿著這些孔道被吸引上來。在地下水位以上形成一定高度的毛細(xì)水帶，這一高度稱為毛細(xì)水上升高度。它與土中孔隙的大小形狀、土粒礦物組成以及水的性質(zhì)有關(guān)。
在毛細(xì)水帶內(nèi)，只有靠近地下水位的一部分土，才被認(rèn)為是飽和的，這一部分被稱為毛細(xì)水飽和帶。毛細(xì)水帶內(nèi)，由于水氣界面上彎液面和表面張力的存在，使水內(nèi)的壓力小于大氣壓力，即水壓力為負(fù)值，于是引起使相鄰土顆粒擠緊的壓力，這個壓力稱為毛細(xì)壓力。毛細(xì)壓力增加了粒間錯動的摩擦阻力，猶如給予砂土以某些凝聚力，所以在潮濕的砂土中，能夠開挖一定高度直立坑壁。而在被水浸沒的砂土中，彎液面消失，毛細(xì)壓力變?yōu)?，凝聚力不再存在，因此也稱為假凝聚力（apparent cohesion)。
展開 超實用的巖土基本知識
當(dāng)其處于地下水位之下和埋深小于15米時，可能因強震或機械震動而引起砂土液化。
（4）碎石土。
碎石土主要分布于河流中、上游及支流谷地，沿海一帶也有零星分布。多埋藏于其它土組之下，且常為底礫層。土體具孔隙大、透水性強、抗剪強度大的特點，呈稍密—密實狀(裸露者以松散居多)，力學(xué)強度高，一般可作良好的天然地基。
（5）特殊性土。
特殊性土，主要為淤泥質(zhì)土和泥炭土。淤泥質(zhì)土天然含水量高，并大于液限，孔隙比大于1，親水性強，透水性強，呈軟塑—流塑狀，高壓縮性，允許承載力小于90千帕。原狀土抗剪強度平均值為8.4—64千帕。泥炭土多呈牛糞狀，松軟而質(zhì)輕，飽和或過飽和，具大孔隙率、軟—流塑、高壓縮、易觸變、力學(xué)強度低和工程性能差等特點。輕型觸探擊數(shù)為1—17擊，允許承載力小于100千帕。
此外，尚有硅藻土，其性質(zhì)為松散質(zhì)輕，高壓縮性。干時吸水性強，易崩解，強度很低。
2、坡殘積土類
（1）侵入巖坡殘積土。
土體為粘土、亞砂土等，普遍含較多的石英砂礫。天然狀態(tài)下呈可塑一硬塑狀，中等壓縮性，壓縮系數(shù)平均值0.3—0.46每兆帕，標(biāo)貫擊數(shù)平均8.0—21.5擊。力學(xué)強度較高，且隨深度的增加而增大，允許承載力大多達(dá)160千帕。
（2）噴出巖坡殘積土。
土體為粘土、亞粘土、亞砂土等，呈可塑—硬塑狀。據(jù)梅縣兩個流紋斑巖殘積土試驗成果，液性指數(shù)小于零，壓縮系數(shù)平均值為0.01每兆帕，壓縮模量16.2兆帕；雷瓊地區(qū)基性火山巖殘積土孔隙比一般為0.966—2.548，壓縮系數(shù)平均值為0.029—0.289每兆帕，地基允許承載力普遍達(dá)200千帕。
（3）碎屑巖坡殘積土。
展開 五種液化地基的處理措施
但更廣泛的液化震害表明，地基土液化失效對建筑的破壞更嚴(yán)重，因此不能因為液化土存在所謂的“減震”作用而認(rèn)為液化對建筑抗震有利。
液化場地應(yīng)優(yōu)先進(jìn)行地基處理，使建筑及周邊一定范圍內(nèi)的土體密實。具體可根據(jù)場地和建筑物特征，選擇下面幾種方法之一。
（1）振沖法
振沖法創(chuàng)始于20世
紀(jì)30年代的德國，迄今已為許多國家所采用，它對提高飽和粉、細(xì)砂土抗液化能力效果較佳，可使砂土的Dr增加到0.80。
振沖法對不同性質(zhì)的土層分別具有置換、擠密和振動密實等作用。對黏性土主要起到置換作用，對中細(xì)砂和粉土除置換作用外還有振實擠密作用。在以上各種土中施工都要在振沖孔內(nèi)加填碎石（或卵石等）回填料，制成密實的振沖樁，而樁間土則受到不同程度的擠密和振密，同時回填料形成礫石滲井，可使砂層振密且迅速將水排走，以消散砂層中發(fā)展的孔隙水壓力，從而更利于消除土層的液化。
振沖法主要設(shè)備是特制的振沖器，前端能進(jìn)行高壓噴水，使噴口附近的砂土急劇液化。振沖器借自重和振動力沉入砂層，在沉入過程中把浮動的砂擠向四周并予以振密。待振沖器沉到設(shè)計深度后，關(guān)閉下噴口而打開上噴口，同時向孔內(nèi)回填礫石、卵石、碎石料，然后，逐步提升振沖器，將填料和四周砂層振密。
（2）擠密碎石樁法
擠密碎石樁法又稱砂石樁法，為碎石樁、砂樁和砂石樁的總稱，是指采用振動、沖擊或水沖等方式在軟弱地基中成孔后，再將砂或碎石擠壓入已成的孔中，形成大直徑的砂石所構(gòu)成的密實樁體。
展開 土石混合體的分層壓縮法
純砂土的研究目前基本上趨于飽和了，目前離散元在散體材料部分的研究大都是還原礫砂石材料的形狀。在此之前，離散元開發(fā)了很多考慮抗轉(zhuǎn)動的模型，來表征材料的球度對其轉(zhuǎn)動特性的影響。隨著計算能力的提高以及研究的深化，直接生成現(xiàn)實形狀的材料是當(dāng)前主要的工作。于是PFC6.0出現(xiàn)了塊體計算元素，本文主要講解clump來模擬塊體，而ball模擬砂土的分層壓縮法。只將體積大的用clump也可以有效率的進(jìn)行計算。
一般來說我們生成的clump的數(shù)目不會特別多，這樣就對其均勻性要求比較高了。和砂土不一樣，砂土的均勻性體現(xiàn)在孔隙率的均勻上，而塊石的均勻性體現(xiàn)在分布上。如果不分層的話，很容易出現(xiàn)某些地方clump很多，而有些地方clump很少，這樣必然對破壞模式產(chǎn)生影響。
這部分實現(xiàn)原理也比較簡單，只要在生成顆粒的時候進(jìn)行分流就可以了。
展開 