abaqus模擬初始孔隙的案例
有限元模擬臨坡地基，abaqus 從外部導入初始應力場（三）
有限元模擬臨坡地基
模型概況
基礎形式：條形基礎
基底摩擦條件：完全粗糙
作用在基礎上的荷載：豎向荷載
模擬的目標
1、臨坡地基初始應力狀態
2、條形基礎持力層在極限狀態的位移場
3、地基極限承載力
模型的注意事項
1、基礎簡化為剛性基礎。其位移方向不確定，需要在模型中包含基礎
2、 該問題簡化為平面應變問題，采用 CPE4 四節點平面應變單元
3、 基底“完全粗糙”，在模型中采用簡化的方式實現：基底與地基共節點
4、 地基土體在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
5、 為確保基礎持力層達到極限狀態，在基礎頂面中點施加足夠大的豎向集中荷載
有限元模型
在加載分析步中，在基礎頂面施加集中荷載 2000kN（等效為每延米2000kN）（見下圖），以此確保地基達到破壞狀態。
臨坡基礎持力層極限狀態下的位移場、PEMAG云圖
分析步時間與基底豎向位移的關系曲線
曲線在分析步時間為 0.74 時，發生明顯轉折，可以判斷基礎持力層達到極限破壞的狀態。
對應的地基極限承載力為 0.74 × 2000 = 1480 kN/m。
臨坡地基初始應力場設置
本例中，由于地基邊坡的地表不是水平的，所以初始應力場不能采用“有限元模擬條形基礎持力層，abaqus 地基初始應力場設置（二）”中的方法設置。
需要采用從外部導入的方法設置初始應力場（設置過程復雜，后面將會制作視頻進行介紹）。以下只做簡單介紹（如急需知道詳細操作請留下郵箱，我會發送詳細教程）。
1、在建模的最初階段，把所有材料都按地基土設置，先不添加塑性部分的本構模型。計算臨坡地基在自重作用下的應力分布，如下圖所示。并將計算結果數據庫文件做好備份，后面用于導入。
展開 有限元模擬三軸固結排水試驗，abaqus 初始應力場設置（一）
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：
展開 有限元模擬條形基礎持力層，abaqus 地基初始應力場設置（二）
有限元模擬條形基礎持力層
模型概況
基礎形式：條形基礎
基底摩擦條件：完全粗糙
荷載情況：基礎承受豎向荷載
模擬的目標
1、地基初始應力狀態
2、條形基礎持力層在極限狀態的位移場
3、地基極限承載力
模型的注意事項
1、 基礎簡化為剛性基礎
2、 該問題簡化為平面應變問題，采用 CPE4 四節點平面應變單元
3、 基底“完全粗糙”在模型中的體現：約束基底范圍的水平位移
4、 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
5、 基礎埋深范圍內的土層的重力以等效荷載替代
6、 獲取基礎持力層“荷載沉降曲線”的方法：指定基底范圍的沉降，沉降值要足夠大，確保持力層進入極限破壞狀態。通過給定的沉降求解基底范圍節點的豎向約束力。
有限元模型
在加載分析步中，指定基底范圍的沉降為 y 方向 -0.3m（見下圖），以此確保地基達到破壞狀態。
基礎持力層極限狀態下的位移場
通過 YZ 平面鏡像，得到左部分的位移場。
基底壓力與沉降關系曲線
從關系曲線拐點處可以得到基礎持力層的極限承載力：320.7 kPa。
地基初始應力場設置
本例的地基初始應力場是由自重、基礎埋深范圍內土體等效荷載產生的。
在 Initial 初始步中定義 Geostatic stress ,分別設置地基模型頂面、底面的豎向坐標和對應的應力（如下圖），ABAQUS 會根據兩端的應力進行線性插值構建應力場。
此外，要保證初始應力場的平衡，需要在 geostatic 分析步正確施加地基的重度（Body force）、外荷載（基礎埋深范圍土體的等效荷載）。
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