abaqus固結計算的案例
Abaqus熱流固耦合——一維熱固結問題
當土壤承受負荷和溫度變化時，必須解決一個描述變形，孔隙流體流動和通過土壤傳熱的方程組耦合問題，以準確預測固結行為。在這個問題中，說明了Abaqus / Standard對一維熱固結建模的能力。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行為，并將所得結果與Aboustit等人的結果進行了比較。 （1985）。
問題描述
該問題可以視為與1.15.1節“ Terzaghi固結問題”的熱學對應。該部分中的討論同樣適用于此問題，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。該列高7個單位，寬2個單位。土體底部受到約束，并且除允許自由流動的頂表面外，土體的所有側面均不可滲透。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，對于固體和孔隙流體使用相同的熱性質。比熱為40單位，密度為1單位。土壤和孔隙流體的電導率為0.2單位，熱膨脹系數為0.3×10-6。
One-dimensional thermal consolidation model.
限制了所有垂直于側面的位移以強制執行一維行為。固結分析使用具有自動時間步長的瞬態土固結步驟進行。此問題的時間步進由兩個參數控制：一個參數控制溫度場時間積分的準確性，另一個參數控制孔隙流體流時間積分的準確性。孔隙流體溶液的穩定性極限為
它規定了最小時間增量。該方程式中使用的變量在《 Abaqus Analysis用戶指南》第6.8.1節“耦合的孔隙流體擴散和應力分析”中定義。
展開 Abaqus熱流固耦合——圍繞圓柱形熱源進行固結
盡管在Abaqus / Standard的配方中考慮了此類影響，但在當前問題中忽略了這些影響。
abaqus熱流固耦合分析.rar
Abaqus熱流固耦合——圍繞圓柱形熱源進行固結.pdf
abaqus圓柱形熱源情況下土體進行固結
該問題提出了在圓柱熱源周圍的飽和土壤中固結的解決方案。布克和薩維維杜（Booker and Savvidou，1985）對該問題進行了研究，它代表了埋在飽和土壤中的放射性廢物罐問題的理想化。由于來自罐的熱輻射而發生的溫度變化導致孔隙水的膨脹量大于土壤中孔隙的膨脹量，導致熱源周圍的孔隙壓力增加。產生的孔隙壓力梯度將孔隙流體驅離熱源，導致孔隙壓力隨時間消散。Booker和Savvidou開發了一種針對點熱源深埋在飽和土壤中的基本問題的分析解決方案。隨后，他們使用該分析解決方案得出了圓柱熱源周圍固結問題的近似解決方案。此問題為Abaqus中耦合的熱固結能力提供了驗證。飽和土壤的分析需要耦合應力擴散方程的解，Abaqus中使用的公式在《 Abaqus理論指南》第2.8節“多孔介質分析”中有詳細描述。熱固結能力還可以與應力擴散方程完全耦合地求解傳熱方程（同時考慮傳導和對流效應），從而模擬孔隙壓力對孔隙流體和管道內溫度場的影響。土壤，反之亦然。
定義幾何形狀和材料特性的參數的數值是基于Lewis和Schrefler（2000）對這個問題進行的參數研究中給出的細節。
問題描述
問題設置如圖1.15.7-1所示。半徑為0.1604 m，高度為2.5 m的圓柱狀熱源被埋在半徑和高度均等于10 m的圓柱狀土壤中。實際上，土壤的圓柱形體積代表了圍繞熱源的無限介質。重力被忽略了。由于邊界條件（下面將詳細討論），問題基本上是一維的，唯一的梯度是在徑向方向上。分析的目的是預測整個土壤質量，特別是熱源附近的孔隙壓力和溫度隨時間的變化。
幾何和模型
利用垂直方向的對稱性，僅對問題的一半進行建模。使用三維和軸對稱耦合的溫度-孔壓力元件都可以解決此問題。為了呈現結果，選擇了三維元素類型C3D8RPT。
展開 ABAQUS 原始鄧肯張模型模擬3D比奧固結沉降 ￥66.67
鄧肯張模型(duncan-chang model)模擬3維比奧固結(biot consolidation)沉降
1、 模型建立
建立一個10m*10m*10m的土體，干密度為1.8t/m3，水的容重為10kN/m3，假設地下水位與土體地面齊平，即土體為飽和土。
土體本構為原始鄧肯張模型(duncan-chang model)：該本構為非線性彈性本構，彈性模量和泊松比隨著圍壓的變化而發生變化，包含11個材料參數，通過子程序UMAT使鄧肯張模型的應力應變關系在ABAQUS中得以實現。
模型邊界條件：
1） 土體底部固定，四周邊界僅允許發生豎向沉降位移，土體在自重及初始圍壓50kPa下進行預固結；
2） 模型只能通過表面進行排水；
3） 在取得地應力平衡后，在土體頂部施加200kPa壓強使土體發生固結沉降。
模型初始條件：
1） 模型初始固結壓強為50kPa，在自重（重力加速10m/s2）條件下，在ABAQUS中建立初始地應力平衡（即，初始有效應力平衡）；
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） 賦予模型狀態變量：歷史上最大的偏應力，固結應力和應力水平。
2、 模擬結果
模擬結束時的孔隙水壓力分布圖
模擬結束時的土體有效應力分布圖
土體表面的時間應變曲線
土體表面的時間沉降曲線
土體的初始固結壓力（賦予土體的初始狀態變量）
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樁網復合地基固結沉降abaqus文件 ￥5
今天分享一個計算復合地基固結沉降的abaqus模型。很多初次對復合地基建模新手總是會疲于處理復雜的接觸問題。如果是帶樁帽的剛性樁，一個模型的接觸面可能會有上百個，很容易出現接觸問題。
模型簡介：樁網復合地基abaqus模型，cae文件版本為2019，也可以用inp文件生成cae文件，這個對版本沒有要求。模型分析的目的是得到填土過程中地基固結沉降，模型各部分尺寸如下圖。
網格劃分后的模型如下圖所示。建模時候建立了很多個樁間距的模型，因此
土工格柵embedded在墊層內，實際上的格柵的網格尺寸很小，不可能按照實際尺寸進行建模，可以采用單位長度范圍內的格柵抗拉剛度等效的方法方法格柵的尺寸。
模型中解除對共有194對接觸對，下圖中204包含了模型計算過程中為實現填土加載設置的kill單元體操作，見interaction管理器的最后幾欄。
模型接觸對處理技巧：先用“Find contact pairs” 自動搜索接觸對，注意看第一列，他是以兩個part名加短橫線命名接觸對，短橫線之前的是主面，短橫線之后是從面。樁網復合地基中，樁由于剛度較大，必須是主面，根據這一點要求，選中樁名字在后的接觸對，然后點擊切換主從面，點擊一次就行，點擊完成后接觸面名稱不會變，但是主從面已經對換了。
分析完成后結果如下圖，其他細節可以從模型中查看。
展開 abaqus黏土固結沉降數值分析與解析解對比
該例題來自教程Applied Soil Mechanics with ABAQUS and Plaxis Applications，通過該案例可以學習采用abaqus粘性土固結沉降與時間的關系，并通過計算值與理論值對比可知，數值計算結果與理論值非常接近可靠。學習了劍橋模型參數的設置、孔壓邊界條件的設置、有效地應力概念以及結果后處理！
abaqus水泥土樁復合地基固結沉降變形分析 ￥5
abaqus水泥土樁復合地基固結沉降變形分析
ABAQUS模擬多孔介質流體流動之地層排水固結
ABAQUS有限元軟件 soil模塊可模擬計算多孔介質中流體流動這種滲流應力耦合問題，其是通過將介質視為多相材料并采用有效應力原理來描述其力學行為來對多孔介質進行建模。提供的多孔介質模型考慮介質中兩種流體的存在。一種是“潤濕液體”，它被認為是相對（但不是完全）不可壓縮的。另一種是相對可壓縮的氣體。當介質部分飽和時，兩種流體都存在于一個點上；當完全飽和時，完全充滿潤濕液體。單元體積由一定體積的固體物質、一定量的孔隙和一定體積的潤濕液體構成，如果被壓差驅動則可以自由地通過介質。ABAQUS軟件就是通過將有限元網格附著到固相來模擬多孔介質，流體可以流過這個網格。其中模型的力學機理是基于有效應力原理，不再贅述，其中流體流動默認為為達西滲流。
孔隙流體的滲流行為遵循Darcy定律或Forchheimer定律，Darcy定律一般適用于低滲流流速，是線性關系而Forchheimer定律是非線性定律，主要模擬更高流動速度的情況，Darcy定律可以認為是Forchheimer定律的特例。Darcy定律用于表述為層流條件下通過多孔介質的滲流速度與水力梯度滿足線性關系，在一維條件下有：
為平均滲流速度，Q為流量，A為過水面積，k為滲透系數，H為測壓水頭，z是某指定參考面之上的高度。
模擬示例之地層排水固結
（1）幾何模型：
圖1
（2）模擬材料：
*Material, name=ROCK
*Density
2500,
*Permeability, specific=10000,DEPENDENCIES=1
XXXXXXXXX
*Depvar
3,
*Elastic
2.3e+09, 0.2
*User Defined Field
*Mohr Coulomb
27.,0.
展開 abaqus固結沉降解析解及數值解對比（劍橋模型的使用） ￥15
該表還給出了每個子層的原位應力和預固結應力。 計算合并結算使用有限元合并程序在加載的帶材區域相對于時間的中心位置。
SOLUTION（文件名：Chapter4 Example8.cae）：如您所知，參數κ定義了劍橋模型中土壤的彈性行為，并且通過方程式κ= Cs / 2.3與膨脹指數相關。 參數λ通過λ= Cc / 2.3與壓縮指數相關。 強度參數M與土壤的內摩擦角φ相關，如下所示：
在可能的情況下，尋求數值解決方案之前，最好通過分析方法解決問題。 如表4.6所示，六個粘土子層被過度固結。 我們可以使用（4.11）或（4.12）計算每個子層的最終合并沉降。 （4.11）或（4.12）的選擇取決于第4.3節中討論的每個子層中的應力條件。 粘土子層的初始條件完全由其原位垂直有效應力σ0和其原位空隙率e0定義。 所有粘土子層的壓縮指數Cc等于2.3λ= 0.27，溶脹指數Cs等于2.3κ= 0.023。 使用電子表格進行結算計算。 表4.7總結了電子表格的計算結果，最終固結沉降計算為91毫米。
在劍橋模型中，屈服面尺寸由參數p =（σ1 +2σ3）/ 3完整描述。屈服面的演變取決于體積塑性應變εpvol，它是p的函數。可以從e-logσv線輕松推導出εpvol和p之間的關系。固結曲線（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參數的一部分。同樣，預固結壓力σc是必需的
參數（表4.6）。此參數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變有限元網格
如圖4.28所示。粘土層分為六個子層。每個子層都有一組不同的材料參數，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變單元。
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
ABAQUS 小應變分析(例5) 考慮比奧固結的地基承載力分析
該模型模擬剛性條形基礎(strip foundation)在滲流固結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(shallow foundation)中被廣泛考慮。為考慮比奧固結對地基承載力的影響，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 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
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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：
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