固結(jié)的案例
Abaqus熱流固耦合——一維熱固結(jié)問(wèn)題
當(dāng)土壤承受負(fù)荷和溫度變化時(shí)，必須解決一個(gè)描述變形，孔隙流體流動(dòng)和通過(guò)土壤傳熱的方程組耦合問(wèn)題，以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)固結(jié)行為。在這個(gè)問(wèn)題中，說(shuō)明了Abaqus / Standard對(duì)一維熱固結(jié)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(jié)行為，并將所得結(jié)果與Aboustit等人的結(jié)果進(jìn)行了比較。 （1985）。
問(wèn)題描述
該問(wèn)題可以視為與1.15.1節(jié)“ Terzaghi固結(jié)問(wèn)題”的熱學(xué)對(duì)應(yīng)。該部分中的討論同樣適用于此問(wèn)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(jié)。該列高7個(gè)單位，寬2個(gè)單位。土體底部受到約束，并且除允許自由流動(dòng)的頂表面外，土體的所有側(cè)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(bào)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(zhì)，對(duì)于固體和孔隙流體使用相同的熱性質(zhì)。比熱為40單位，密度為1單位。土壤和孔隙流體的電導(dǎo)率為0.2單位，熱膨脹系數(shù)為0.3×10-6。
One-dimensional thermal consolidation model.
限制了所有垂直于側(cè)面的位移以強(qiáng)制執(zhí)行一維行為。固結(jié)分析使用具有自動(dòng)時(shí)間步長(zhǎng)的瞬態(tài)土固結(jié)步驟進(jìn)行。此問(wèn)題的時(shí)間步進(jìn)由兩個(gè)參數(shù)控制：一個(gè)參數(shù)控制溫度場(chǎng)時(shí)間積分的準(zhǔn)確性，另一個(gè)參數(shù)控制孔隙流體流時(shí)間積分的準(zhǔn)確性?？紫读黧w溶液的穩(wěn)定性極限為
它規(guī)定了最小時(shí)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(jié)“耦合的孔隙流體擴(kuò)散和應(yīng)力分析”中定義。
展開(kāi) Abaqus熱流固耦合——圍繞圓柱形熱源進(jìn)行固結(jié)
abaqus熱流固耦合分析.rar
Abaqus熱流固耦合——圍繞圓柱形熱源進(jìn)行固結(jié).pdf
ABAQUS 小應(yīng)變分析(例5) 考慮比奧固結(jié)的地基承載力分析 ￥67
ABAQUS 小應(yīng)變分析(例5) 考慮比奧固結(jié)的地基承載力分析
該模型模擬剛性條形基礎(chǔ)(strip foundation)在滲流固結(jié)作用下的地基承載力。該工況在陸地粘土地基和海洋淺基礎(chǔ)(shallow foundation)中被廣泛考慮。為考慮比奧固結(jié)對(duì)地基承載力的影響，該模擬采用修正劍橋模型(MCC)。該模型(MCC)被廣泛應(yīng)用于粘土的滲流固結(jié)當(dāng)中，能較準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)因滲流固結(jié)導(dǎo)致的土體沉降，有效應(yīng)力變化，孔隙水壓力和孔隙比(e)的變化。
建模時(shí)，先對(duì)粘土(Clay)施加先期固結(jié)壓力200kPa,以達(dá)到預(yù)固結(jié)的效果；在此基礎(chǔ)上進(jìn)行土體的預(yù)應(yīng)力平衡；而后對(duì)剛性基礎(chǔ)施加一個(gè)向下的位移，研究基礎(chǔ)在考慮比奧固結(jié)情況下的承載力。
建模及結(jié)果展示：
模型位移邊界條件及地基預(yù)壓固結(jié)
模型網(wǎng)格劃分
模型局部網(wǎng)格細(xì)化
條形基礎(chǔ)的承載力位移曲線
條形基礎(chǔ)下壓時(shí)的土體應(yīng)力分布
條形基礎(chǔ)下壓時(shí)所激發(fā)的周圍土體
條形基礎(chǔ)下壓時(shí)土體的等效塑性應(yīng)變
條形基礎(chǔ)下壓時(shí)土體內(nèi)的孔隙水壓力分布
條形基礎(chǔ)下壓時(shí)土體內(nèi)的孔隙比的變化
展開(kāi) ABAQUS 小應(yīng)變分析(例4) 修正劍橋模型(MCC)模擬粘土的比奧固結(jié) ￥67
ABAQUS 小應(yīng)變分析(例4) 修正劍橋模型(MCC)模擬粘土的比奧固結(jié)
修正劍橋模型(MCC)被廣泛應(yīng)用于粘土的滲流固結(jié)當(dāng)中，能較準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)因滲流固結(jié)導(dǎo)致的土體沉降，有效應(yīng)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(jié)，粘土為均質(zhì)粘土，其先期固結(jié)壓力為200kPa，在實(shí)施地應(yīng)力平衡后，土體頂部施加50kPa的固結(jié)壓力。土表面為自由滲流邊界。
建模及結(jié)果展示：
模型位移邊界及頂部50kPa荷載
模型網(wǎng)格劃分
土表面在50kPa荷載下隨時(shí)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(kāi) 
華南理工大學(xué)研究人員在混凝土防護(hù)材料方面取得突破：滲入固結(jié)型高分子材料
與傳統(tǒng)材料相比，該團(tuán)隊(duì)研發(fā)的滲入固結(jié)型混凝土防護(hù)材料不僅在混凝土表面形成涂層，更深入結(jié)構(gòu)層內(nèi)形成“植根式”固結(jié)增強(qiáng)層, 從而消除混凝土多孔介質(zhì)所形成的毛細(xì)管、孔隙與微裂縫，使混凝土的防護(hù)層厚度從幾十微米提高至幾毫米，從而使混凝土具有優(yōu)異的抗?jié)B防腐增強(qiáng)功能。相關(guān)結(jié)果引起國(guó)際同行的關(guān)注，歐洲涂料雜志（European coatings）為此專門做亮點(diǎn)報(bào)道。
▲圖1. 材料的滲入固結(jié)機(jī)理與性能
此外，該團(tuán)隊(duì)根據(jù)滲入固結(jié)型防護(hù)材料與無(wú)機(jī)材料具有優(yōu)異親和力的特點(diǎn)，發(fā)展了一種有機(jī)/無(wú)機(jī)雜化雙網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的混凝土修復(fù)材料，以解決現(xiàn)有材料固化速度慢、前期力學(xué)性能差、水下難以固化的難題。該材料早期強(qiáng)度高達(dá)30 MPa，而后期強(qiáng)度可達(dá)100 MPa以上。該材料可用于高速公路的快速修復(fù)。
上述滲入固結(jié)型混凝土防護(hù)材料成功突破現(xiàn)有混凝土防護(hù)及修復(fù)領(lǐng)域的多個(gè)技術(shù)難題，已獲授權(quán)中國(guó)發(fā)明專利10余項(xiàng)并產(chǎn)業(yè)化。目前已用于地鐵、隧道、橋梁、海港碼頭、水電大壩以及民用建筑等工程的加固、防水防滲、防腐等，包括在剛通車的港珠澳大橋中也獲得應(yīng)用。
▲圖2. 滲入固結(jié)型防護(hù)材料的應(yīng)用
展開(kāi) ABAQUS 原始鄧肯張模型模擬3D比奧固結(jié)沉降 ￥66.67
鄧肯張模型(duncan-chang model)模擬3維比奧固結(jié)(biot consolidation)沉降
1、 模型建立
建立一個(gè)10m*10m*10m的土體，干密度為1.8t/m3，水的容重為10kN/m3，假設(shè)地下水位與土體地面齊平，即土體為飽和土。
土體本構(gòu)為原始鄧肯張模型(duncan-chang model)：該本構(gòu)為非線性彈性本構(gòu)，彈性模量和泊松比隨著圍壓的變化而發(fā)生變化，包含11個(gè)材料參數(shù)，通過(guò)子程序UMAT使鄧肯張模型的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系在ABAQUS中得以實(shí)現(xiàn)。
模型邊界條件：
1） 土體底部固定，四周邊界僅允許發(fā)生豎向沉降位移，土體在自重及初始圍壓50kPa下進(jìn)行預(yù)固結(jié)；
2） 模型只能通過(guò)表面進(jìn)行排水；
3） 在取得地應(yīng)力平衡后，在土體頂部施加200kPa壓強(qiáng)使土體發(fā)生固結(jié)沉降。
模型初始條件：
1） 模型初始固結(jié)壓強(qiáng)為50kPa，在自重（重力加速10m/s2）條件下，在ABAQUS中建立初始地應(yīng)力平衡（即，初始有效應(yīng)力平衡）；
2） 模型初始孔隙率為1.5（即，初始孔隙率的平衡）；
3） 模型假設(shè)孔壓呈線性分布，頂面孔壓為0，底部初始孔壓為100kPa（即，初始孔隙水壓力平衡）；
4） 賦予模型狀態(tài)變量：歷史上最大的偏應(yīng)力，固結(jié)應(yīng)力和應(yīng)力水平。
2、 模擬結(jié)果
模擬結(jié)束時(shí)的孔隙水壓力分布圖
模擬結(jié)束時(shí)的土體有效應(yīng)力分布圖
土體表面的時(shí)間應(yīng)變曲線
土體表面的時(shí)間沉降曲線
土體的初始固結(jié)壓力（賦予土體的初始狀態(tài)變量）
展開(kāi) abaqus固結(jié)沉降解析解及數(shù)值解對(duì)比（劍橋模型的使用） ￥15
該表還給出了每個(gè)子層的原位應(yīng)力和預(yù)固結(jié)應(yīng)力。 計(jì)算合并結(jié)算使用有限元合并程序在加載的帶材區(qū)域相對(duì)于時(shí)間的中心位置。
SOLUTION（文件名：Chapter4 Example8.cae）：如您所知，參數(shù)κ定義了劍橋模型中土壤的彈性行為，并且通過(guò)方程式κ= Cs / 2.3與膨脹指數(shù)相關(guān)。 參數(shù)λ通過(guò)λ= Cc / 2.3與壓縮指數(shù)相關(guān)。 強(qiáng)度參數(shù)M與土壤的內(nèi)摩擦角φ相關(guān)，如下所示：
在可能的情況下，尋求數(shù)值解決方案之前，最好通過(guò)分析方法解決問(wèn)題。 如表4.6所示，六個(gè)粘土子層被過(guò)度固結(jié)。 我們可以使用（4.11）或（4.12）計(jì)算每個(gè)子層的最終合并沉降。 （4.11）或（4.12）的選擇取決于第4.3節(jié)中討論的每個(gè)子層中的應(yīng)力條件。 粘土子層的初始條件完全由其原位垂直有效應(yīng)力σ0和其原位空隙率e0定義。 所有粘土子層的壓縮指數(shù)Cc等于2.3λ= 0.27，溶脹指數(shù)Cs等于2.3κ= 0.023。 使用電子表格進(jìn)行結(jié)算計(jì)算。 表4.7總結(jié)了電子表格的計(jì)算結(jié)果，最終固結(jié)沉降計(jì)算為91毫米。
在劍橋模型中，屈服面尺寸由參數(shù)p =（σ1 +2σ3）/ 3完整描述。屈服面的演變?nèi)Q于體積塑性應(yīng)變?chǔ)舙vol，它是p的函數(shù)?？梢詮膃-logσv線輕松推導(dǎo)出εpvol和p之間的關(guān)系。固結(jié)曲線（e-logσv線）完全由其斜率Cc（=2.3λ）和初始條件σ0和e0定義。注意，λ，σ0和e0是此處使用的有限元程序中所需的輸入?yún)?shù)的一部分。同樣，預(yù)固結(jié)壓力σc是必需的
參數(shù)（表4.6）。此參數(shù)指定劍橋模型的初始屈服面的大小。如圖所示建立了二維平面應(yīng)變有限元網(wǎng)格
如圖4.28所示。粘土層分為六個(gè)子層。每個(gè)子層都有一組不同的材料參數(shù)，如表4.6所示。在此分析中，使用了具有孔隙壓力的低積分平面應(yīng)變單元。
展開(kāi) abaqus圓柱形熱源情況下土體進(jìn)行固結(jié)
在前面的表達(dá)式中，數(shù)量表示固結(jié)系數(shù)，定義為，其中是多孔介質(zhì)的滲透率，是彈性常數(shù)，是孔隙流體的比重。針對(duì)該問(wèn)題選擇不同的參數(shù)，使得該比率大約等于2。
Booker和Savvidou獲得了一種在原本無(wú)限的介質(zhì)中圍繞點(diǎn)熱源進(jìn)行固結(jié)的解析解，并利用該解析解來(lái)近似求解圓柱熱源周圍的固結(jié)問(wèn)題。后者是通過(guò)簡(jiǎn)單地將點(diǎn)源解決方案整合到整個(gè)圓柱體中來(lái)完成的。如上參考文獻(xiàn)中給出的溫度和孔隙壓力場(chǎng)的表達(dá)式復(fù)制如下。這些表達(dá)式用于獲得解析解，以便與數(shù)值結(jié)果進(jìn)行比較。在 (, , ) 點(diǎn)和時(shí)間的溫度值由下式給出
其中，是熱源的強(qiáng)度（單位時(shí)間每單位體積從熱源輻射的熱能），
和 (,,代表圓柱體內(nèi)點(diǎn)源的坐標(biāo)。該函數(shù)
用互補(bǔ)誤差函數(shù)表示為
同樣，在假設(shè)下，孔隙壓力場(chǎng)可以表示為
其中的數(shù)量取決于土壤骨架的彈性特性以及土壤骨架和孔隙流體的（體積）熱膨脹系數(shù)，并由給出。布克和薩維維杜指出，溫度在圓柱源的中點(diǎn)達(dá)到最大值。如果土壤是不可滲透的（），則孔隙壓力將在同一點(diǎn)達(dá)到最大值。
上段給出的孔隙壓力表達(dá)式清楚地表明，孔隙流體流動(dòng)的作用是（隨時(shí)間）減小給定點(diǎn)的孔隙壓力。對(duì)于不可滲透流體的特殊情況，孔隙壓力會(huì)隨著時(shí)間的推移而逐漸增加，并且永遠(yuǎn)不會(huì)降低。另一方面，如果，則流體以與熱量相同的速率擴(kuò)散，因此，孔隙壓力永不增大。
分析步
瞬態(tài)土壤固結(jié)過(guò)程的時(shí)間積分精度（還可以模擬傳熱）由每時(shí)間步長(zhǎng)的最大允許孔隙壓力和溫度變化控制。即使在線性問(wèn)題中，這些值也會(huì)控制求解的準(zhǔn)確性，因?yàn)橛糜?em>固結(jié)和傳熱問(wèn)題的時(shí)間積分算子并不精確（在兩種情況下均使用后向差分法則）。在這種情況下，每時(shí)間步長(zhǎng)的允許孔隙壓力變化選擇為0.5 Pa，與相比，這是一個(gè)相對(duì)較大的值。
展開(kāi) ANSYS基于Biot固結(jié)理論流固耦合及其應(yīng)用
ANSYS基于Biot固結(jié)理論流固耦合及其應(yīng)用
ANSYS基于Biot固結(jié)理論流固耦合模型及應(yīng)用.pdf
ANSYS基于Biot固結(jié)理論流固耦合模型及應(yīng)用.pdf
有限元模擬三軸固結(jié)排水試驗(yàn)，abaqus 初始應(yīng)力場(chǎng)設(shè)置（一）
有限元模擬三軸固結(jié)排水試驗(yàn)
模型概況
土體試樣尺寸：高 8 cm，直徑 4 cm；
土體力學(xué)參數(shù)：彈性模量 10MPa，泊松比 0.3，粘聚力 10 kPa，內(nèi)摩擦角 30°;
試驗(yàn)荷載：圍壓 100kPa；
試驗(yàn)類型：等應(yīng)變式三軸試驗(yàn)，豎向應(yīng)變?yōu)?10%；
模擬的目標(biāo)
1、等壓固結(jié)完成時(shí)的應(yīng)力狀態(tài)
2、獲得三軸試驗(yàn)剪切破壞時(shí)的豎向應(yīng)力
模型注意事項(xiàng)
1、簡(jiǎn)化為軸對(duì)稱問(wèn)題
2、彈性階段采用線彈性本構(gòu)模型，塑性階段采用莫爾-庫(kù)倫本構(gòu)模型
3、將固結(jié)完成后的應(yīng)力狀態(tài)作為初始狀態(tài)
4、不考慮等壓固結(jié)的變形
5、采用 abaqus 的 Geostatic 分析步模擬等壓固結(jié)完成后的應(yīng)力狀態(tài)
6、采用軸對(duì)稱應(yīng)力單元 CAX4 ，只劃分一個(gè)單元
7、剪脹角采用 abaqus 默認(rèn)的最小值 0.1°
有限元模型
注：斜體樣式只劃分一個(gè)單元，單元類型 ：4節(jié)點(diǎn)線性軸對(duì)稱應(yīng)力單元
豎向應(yīng)力與豎向應(yīng)變關(guān)系
得到土體試樣剪切破壞時(shí)的豎向應(yīng)力為 334.6kPa，與理論計(jì)算結(jié)果一致。
土體試樣的初始應(yīng)力場(chǎng)設(shè)置
初始應(yīng)力的設(shè)置需要滿足平衡條件：等效節(jié)點(diǎn)荷載要和外部荷載、邊界條件平衡。如果達(dá)不到平衡，將不能得到一個(gè)位移為零的初始狀態(tài)。此時(shí)所產(chǎn)生的應(yīng)力場(chǎng)也不是所施加的初始應(yīng)力場(chǎng)。
在本例中，等壓固結(jié)完成后的應(yīng)力場(chǎng)為：三個(gè)方向的主應(yīng)力都為 100kPa。在初始步設(shè)置初始應(yīng)力如下：
在 Geostatic 分析步定義邊界條件為：對(duì)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(cè)施加圍壓 100kPa。得到的初始應(yīng)力場(chǎng)如下：
對(duì)應(yīng)的土體試樣位移云圖如下，可以判斷 Geostatic 分析步未產(chǎn)生位移：
展開(kāi) midas/GTS固結(jié)分析的例題
midasGTS固結(jié)分析的例題1.rar
midasGTS固結(jié)分析的例題2.rar
大變形固結(jié)理論及其有限元法
大變形固結(jié)理論及其有限元法.part2.rar
大變形固結(jié)理論及其有限元法.part1.rar
大變形固結(jié)理論及其有限元法
大變形固結(jié)理論及其有限元法.part1.rar
大變形固結(jié)理論及其有限元法.part2.rar
大變形固結(jié)理論及其有限元法
大變形固結(jié)理論及其有限元法.part1.rar
大變形固結(jié)理論及其有限元法.part2.rar
原始劍橋模型預(yù)測(cè)正常固結(jié)黏土與超固結(jié)黏土強(qiáng)度的Matlab代碼實(shí)現(xiàn) ￥30
使用Matlab實(shí)現(xiàn)上述原始劍橋模型預(yù)測(cè)正常固結(jié)黏土的強(qiáng)度預(yù)測(cè)，結(jié)果如下
使用Matlab實(shí)現(xiàn)上述原始劍橋模型預(yù)測(cè)超固結(jié)黏土的強(qiáng)度預(yù)測(cè)，結(jié)果如下
