固結分析的案例
midas/GTS固結分析的例題
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太沙基一維固結模擬分析
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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的簡介
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 ￥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
GeoFEA的功能特點
適合于巖土復雜建模的前處理
? 輸入或鼠標點擊的 CAD 網格產生方式
? 自動的結構化或非結構化網格產生
? 三角形、四邊形的二維單元，四面體和六面體的三維單元
? 結構中的桿單元和梁單元
? 接觸面單元
? 荷載、約束和超靜孔隙水壓力的模型顯示
? 材料參數的直接鍵入或是數據文件式的讀入
? 施工序列的實時顯示
? 地表的離散和分布式的加載模擬
特點：
排水，不排水和耦合固結分析
二維平面應變，軸對稱和三維分析
可處理多層土、多種加載、分階段開挖、地下水位和孔隙水壓變化等復雜條件
可計算二維、三維幾何模型中的軟土或砂土的應力、沉降分布
可計算分階段開挖中的瞬時沉降
可計算施工階段中擋土墻的穩定、變形和彎矩
使用高級土模型來適應原始加載狀態和加載卸載狀態的土體剛度
多種直接和子空間迭代求解器
能夠處理幾何和材料非線性
結合了Newton-Raphson 法和子步應力點算法(substepping stress point algorithm)
GeoFEA的用途
? 土體排水，不排水和耦合固結分析
? 二維平面應變，軸對稱和三維分析
? 多層土、多種加載、分層次開挖、地下水位和孔隙水壓變化分析
? 二維、三維軟土或砂土的應力、沉降分析
? 分階段開挖中的瞬時沉降分析
? 施工階段擋土系統穩定、變形和彎矩計算
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
展開 SIGMA/W 專業的應力變形有限元分析軟件
完全耦合固結分析
2. SIGMA/W軟件的特點：
SIGMA/W軟件可以分析排水和不排水過程的總應力和有效應力、二維平面應變、三維軸對稱問題、膨脹和固結問題及構造應力等問題。
土體固結模型包括線彈性模型、各向異性的線彈性模型、非線性彈性模型、彈塑性模型、應變軟化模型、土體的帽蓋模型和修正的帽蓋模型等。
邊界條件類型包括X和Y方向的位移、體力、壓力、階躍常數、以及模型的自重載荷。
SIGMA/W軟件采用小變形、小應變、漸近載荷模型來處理二維平面應變和軸對稱問題。對每一加載步，每個節點上的漸近位移由漸近載荷作用計算得出，加到位移上的初始載荷步計算出模型的整體位移。
對非線性材料的土體模型，SIGMA/W軟件用Newton-Raphson方法來解迭代方程，土體參數在每一迭代步上都要更新，直至得到收斂解。
SIGMA/W軟件可與SEEP/W軟件相結合分析土體的完全固結問題。由SEEP/W軟件計算載荷作用下的瞬時孔隙水壓力，而由SIGMA/W軟件計算孔隙水壓力產生的變形。
用于土體結構內部相互作用的梁結構和桿單元。
回填或開挖時的分段載荷。
3.與其他應用軟件的結合：
1）SIGMA/W軟件計算出的應力可用于SLOPE/W軟件或QUAKE/W軟件中：
在SLOPE/W軟件中用有限元方法計算出的應力值，與由變形分析中得到的應力值一樣，用這些應力值就可以對一些嚴格的穩定性問題進行分析了。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初始應力分布值。
2）SIGMA/W軟件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 midas GTS NX能做什么？有什么特點？
midas gts nx是韓國開發的一款巖土有限元分析軟件，致力于二維、三維巖土有限元分析，包括靜力施工階段分析，邊坡分析，滲流固結分析，動力分析，廣泛應用于隧道與基坑計算、市政地鐵車站、礦山巷道開挖、大壩應力分析、爆破分析、列車移動荷載分析、巖土滲流計算、巖土動力分析、荷載結構計算等巖土有限元分析。使用人群大多為高校研究人員和設計院相關從業人員。
Midas在中國分公司為為北京邁達斯技術有限公司( MIDAS IT)，在巖土領域有midas GTS NX, midas SOILWORKS, midas XD三款軟件，其中soilworks致力于解決巖土二維有限元分析，致力于解決基坑的平面剖面分析設計力計算，并可以接入midas gts計算。 作為一款有限元軟件，midas gts nx解決巖土有限元計算，基于有限元連續介質理論，對于一些非有限元問題，例如涌水問題，裂隙張開度問題，是不能解決的，或者說計算出來效果不佳。有別于通用有限元計算軟件ansys，abaqus等，midas gts nx是一款巖土類專業計算軟件,因此軟件中設置了一些建模助手，例如隧道截面助手，隧道建模助手，錨建模助手，施工階段助手，土工實驗助手，界面助手等。 行業內其他巖土專業計算軟件，有FLAC, PLAXIS還有國產的理正等，各有優勢。
midas gts的主要優勢為強大的前后處理功能，軟件界面友好，界面交互操作簡便易懂，學習周期短。midas gts nx有豐富的接口，可以導入BIM格式的實體文件，midas家族其他軟件建立的結構文件( 例如midas gen的mxt文件)，CAD文件進行結構與巖土的協同分析。其強大的建模功能，可以使用地形數據生成器結合鉆孔數據建立真實地形與地層分界面，并結合擴展-切割-布爾運算等功能，建立真實的分析工況。
展開 基于Abaqus的修正劍橋模型的vumat子程序開發
巖土工程中廣泛采用的莫爾–庫侖準則，能較好地描述巖土材料的強度特性和破壞行為，而涉及變形和固結分析問題時該模型從理論和實踐中均有一定的不足，基于等向加載試驗建立起來的劍橋模型則能較好地描述黏土的彈塑性變形特性。
傳統相關聯修正劍橋本構模型的屈服面方程、硬化準則和流動法則分別為
由于式(1)所確定的屈服軌跡在p平面是一個 圓，不能反映巖土介質拉壓不等(S-D)效應，而且劍 橋模型是基于正常固結狀態試驗推導而來，子午面上臨界狀態線通過應力坐標原點，表現為不考慮土 體黏聚力的純摩擦型本構，而大多數的巖土介質具 有一定的黏聚力，屬摩擦–黏聚型材料。考慮到莫 爾–庫侖準則有此特征，故將莫爾–庫侖準則與劍橋模型相結合，得
聯合式(1)，(4)，(5)，有改進的屈服函數：
根據上述理論，可以通過以下流程圖完成VUMAT子程序編寫
通過單胞模型計算得到得結果如下圖所示。
[1]袁克闊,陳衛忠,于洪丹,譚賢君,趙武勝,李香玲.考慮黏聚特性和拉壓不等效應的修正劍橋模型及數值實現[J].巖石力學與工程學報,2012,31(08):1574-1579.
最后，有需要歡迎通過微信公眾號聯系我們。
微信公眾號：320科技工作室。
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Abaqus 修正劍橋模型的vumat子程序開發
巖土工程中廣泛采用的莫爾–庫侖準則，能較好地描述巖土材料的強度特性和破壞行為，而涉及變形和固結分析問題時該模型從理論和實踐中均有一定的不足，基于等向加載試驗建立起來的劍橋模型則能較好地描述黏土的彈塑性變形特性。
傳統相關聯修正劍橋本構模型的屈服面方程、硬化準則和流動法則分別為
由于式(1)所確定的屈服軌跡在p平面是一個 圓，不能反映巖土介質拉壓不等(S-D)效應，而且劍 橋模型是基于正常固結狀態試驗推導而來，子午面上臨界狀態線通過應力坐標原點，表現為不考慮土 體黏聚力的純摩擦型本構，而大多數的巖土介質具 有一定的黏聚力，屬摩擦–黏聚型材料?？紤]到莫 爾–庫侖準則有此特征，故將莫爾–庫侖準則與劍橋模型相結合，得
聯合式(1)，(4)，(5)，有改進的屈服函數：
根據上述理論，可以通過以下流程圖完成VUMAT子程序編寫
通過單胞模型計算得到得結果如下圖所示。
[1]袁克闊,陳衛忠,于洪丹,譚賢君,趙武勝,李香玲.考慮黏聚特性和拉壓不等效應的修正劍橋模型及數值實現[J].巖石力學與工程學報,2012,31(08):1574-1579.
展開 Abaqus在巖土仿真分析中能干什么 附ABAQUS巖土工程實例詳解下載
雖然Abaqus也存在這樣的問題，但總體上還是能滿足巖土數值分析的特定需求的。本文簡單羅列了Abaqus在巖土數值分析中能實現的功能。
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尚不能進行有效應力動力固結問題。
三、材料模型
1）線彈性（可考慮彈性模量隨某變量（如深度）的變化）
2）莫爾庫倫（常用于砂土、顆粒材料）
3）D-P（可加帽蓋）
4）修正劍橋模型（這也是ABAQUS優于其它一般通用有限元軟件的地方）
5）用戶自定義材料（非常靈活）
四、接觸功能
1）ABAQUS中提供了三種接觸算法。general contact（通用接觸）、contact pairs（接觸對）和contact elements（接觸單元）。通用接觸一般在顯式算法中使用，在顆粒流等包含大規模接觸面等問題中尤其方便。
2）可模擬不同材料界面的力學和溫度相互作用（Interaction），如樁-土接觸面等。
3）ABAQUS提供了不同的約束條件，如Embedded region可模擬土釘，加筋土等。Tie可將兩個區域綁定在一起，網格劃分不連續時也可使用這一功能。
下載地址：ABAQUS巖土工程實例詳解
展開 adina中的“孔隙”資料
Poreflow load（ADINA-Structures理論手冊的的第518頁解釋）
孔隙介質中的孔隙流體流量可以用poreflow荷載給定，查看3.12節獲得更多的關于孔隙介質分析的信息。
流量可以是集中的（也就是說直接施加在節點），可以是分布的（也就是說施加在2d和3d單元的邊界上）
孔隙介質formulation（ADINA-Structures理論手冊的的第397-頁解釋）
孔隙介質formulation應用在受靜力和動荷載作用的孔隙結構上，它涉及了在孔隙實體和從孔隙實體骨架中穿過的孔隙流體的相互作用。
多孔介質公式只能運用在2d和3d實體單元上，這些單元在它們的角節點處含有孔隙壓力變量。
孔隙壓力被認作為除位移以外的自變量，除位移、速度、應力和其它結果外，孔隙壓力也能夠由ADINA輸出。
孔隙介質模型執行了如下面詳細說明的全耦合公式。
ADINA孔隙介質公式基于以下假設：孔隙流體是不可壓縮或者輕微可壓縮的；孔隙實體骨架是充滿孔隙流體的；穿越孔隙實體的孔隙流體流動符合達西定律。與比奧固結理論的假設條件保持一致。
在孔隙介質公式下，不排水分析（靜態孔隙流動）、固結分析或膨脹分析（流經孔隙實體骨架的孔隙流體）能夠進行。
在孔隙結構的分析中，ADINA中的所有非線性公式（小位移/小應變，大位移/小應變和大位移/大應變）都能夠運用。材料非線性公式能被小位移/小應變公式能夠運用，TL公式使用對大位移/小應變，ULH公式使用對大位移/大應變。
展開 基于ABAQUS蠕變儲層稠油蒸汽吞吐開發過程數值模擬
對于在流固耦合分析中使用BZ與GRAV定義體力的區別在文末視頻有詳細介紹。
第一分析步：蠕變平衡
第一步是巖層瞬態固結分析步，以平衡從初始地應力加載引起的蠕變效應。
第二分析步：注入蒸汽
分析的第二步模擬將蒸汽注入井中深度為366米至732米的地層，該區域由圖1中的陰影區域表示。 分析步仍然為瞬態土壤固結分析，該過程中該區域節點被加熱到100°C（212°F），inp語句為：
*TEMPERATURE,OP=MOD
TARGET, 212.
蒸汽的注入增加了地層滲透性并增加了蠕變行為。
第三分析步：開井回采
第三步通過在位于地表下方427米至550米深度的節點處設定超孔壓-1.2MPa（-170psi）來模擬油的泵抽過程。設定為期五年，以研究油井附近的泵抽和蠕變效應引起的沉降。
inp語句為：
*BOUNDARY, OP=MOD
1001,8,8,-170
1201,8,8,-170
模擬結果
初始地應力平衡后顯示可忽略不計的變形，如圖6所示，表明該模型基本處于地質平衡狀態。 圖7為為期31天的地層蠕變引起的地層沉降，對比圖6可見蠕變特性較顯著。圖8顯示了五年后固結引起的地層沉降的等高線圖，可見預計的地表沉降量為0.13米（0.4英尺），同時可見在注入蒸汽的區域中發生顯著的蠕變。
圖9顯示了超孔隙壓力的等高線圖，井眼附近負孔隙壓力代表泵的吸力，同時可對注入節點輸出變量RVT，并進行開發時間積分可得該井累計產液量。
整個蒸汽吞吐開發過程中地層超孔壓變化如圖10所示，產層井眼周圍超孔壓如圖11所示。
本例采用英制單位：inches, pounds, 和 days.
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