固結分析
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固結分析的實例教程
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太沙基一維固結模擬分析
1、一維飽和均質地基，土層厚度為10.0m，土層的初始空隙比為1.5，底部不排水，頂部排水，土體表面一次瞬間施加荷載為200KPa,土體為線彈性體，彈性模量為E=10MPa,泊松比為v=0.3，滲透系數為K=1*10^7m/s。水的容重為Υw=10KN/m3;
圖1 算例示意圖
2、寬度1m，高度為10.0m，矩形模型；對應空隙比為1.5，
3、荷載步設置為1e-3s；排水過程擬合為20天，荷載為200Kpa,增量步最大步設置為100，土層劃分為10層；時間步長為2000s，
4、網格
CPE4P作為單元類型，劃分尺寸為1.0，四邊形劃分
5、提交任務
圖2 網格劃分圖
6、結果分析
計算達到16.1天時，孔壓的變化率為1e-5KPa/s,可以認為達到穩定狀態，計算終止。
5.0m處孔壓的變化反應空隙壓力逐漸消散，有效應力相應的增加的過程。
圖3 不同時刻孔壓沿深度的分布
圖4 5.0m處孔壓隨時間的變化
展開 SIGMA/W軟件是一款用于巖土結構中的應力和變形分析的專業軟件。SIGMA/W軟件可以求解線彈性變形問題、高度復雜的非線性彈塑性問題，用總應力法和有效應力分析方法。SIGMA/W還可以執行諸如堆載和開挖等工況分析，還可以進行軟土固結分析，以及包含排水措施的固結分析。
SIGMA/W軟件被廣泛應用于巖土工程、水利水電、市政、土木、環境、采礦工程等領域幾乎所有的應力或變形問題。
SIGMA/W軟件的特點：
? SIGMA/W軟件可以進行排水和不排水的總應力和有效應力分析、分析類型包括二維平面應變、兩維軸對稱問題。
? SIMGA/W可以進行軟土固結分析及其逆問題的分析，比如軟基固結和土體膨脹變形分析。
? 土體本構模型包括線彈性模型、各向異性的線彈性模型、彈塑性模型、修正劍橋模型等。
? 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。
展開 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 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！
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分析和求解控制
由于孔隙壓力耗盡導致的基質固體變形是一種耦合分析，因此使用固結選項（SSOPT，固結）進行土壤分析（ANTYPE，soil）。啟用自動時間步進（AUTOTS，ON）。并且結構自由度的時間積分被禁用（TIMINT，OFF，STRUC）。全局剛度矩陣是不對稱的，因此需要非對稱Newton-Raphson求解器選項（NROPT，UNSYM）。
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
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
簡介
（1）穩態滲流, Soil（Steady-State），即可以考慮固結沉降，也可以不考慮固結沉降，穩態分析步中設置的Time period數值沒有實際時間概念（具有代表性的邊界條件有*Sflow邊界、*flow邊界、固定孔壓邊界等）。
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太沙基一維固結模擬分析
1、一維飽和均質地基，土層厚度為10.0m，土層的初始空隙比為1.5，底部不排水，頂部排水，土體表面一次瞬間施加荷載為200KPa,土體為線彈性體，彈性模量為E=10MPa,泊松比為v=0.3，滲透系數為K=1*10^7m/s。
一、初始條件類
1）初始應力場（含孔壓場）
2）初始孔隙比
3）初始飽和度
4）初始溫度分布
5）初始場變量
二、分析步類型
1）總應力分析
2）有效應力
固結分析（飽和土、非飽和土）
3）熱-力-流耦合分析（同時考慮固結和傳熱）
4）動力分析
需要注意ABAQUS
ABAQUS中的孔壓單元，可進行土體的固結、滲透分析，以滿足這一需求。ABAQUS中的Soil分析步，不僅提供了流固耦合的穩態滲流、瞬態固結的功能，而且提供了針對非飽和土的分析功能。
（3）ABAQUS提供了Geostatic分析步，可準確、靈活得建立濕土（考慮靜水壓力的影響）和干土（不考慮靜水壓力的影響）初始應力狀態。
（飽和土、非飽和土）
3）熱-力-流耦合分析（同時考慮固結和傳熱）
4）動力分析
需要注意ABAQUS尚不能進行有效應力動力固結問題。
ABAQUS中的孔壓單元，可進行土體的固結、滲透分析，以滿足這一需求。ABAQUS中的Soil分析步，不僅提供了流固耦合的穩態滲流、瞬態固結的功能，而且提供了針對非飽和土的分析功能。
（3）ABAQUS提供了Geostatic分析步，可準確、靈活得建立濕土（考慮靜水壓力的影響）和干土（不考慮靜水壓力的影響）初始應力狀態。
abaqus水泥土樁復合地基固結沉降變形分析
