基于ABAQUS岩土工程中地应力平衡的探讨
2014-07-17马云峰
摘要:平衡地应力是岩土工程计算分析中十分重要的部分,在岩土施工前保证地表位移近似为零,是数值模拟的首要前提。利用ABAQUS对某基坑开挖前的土体进行地应力平衡,根据现场土体的物理性质指标,将地应力平衡前后土体的应力和位移进行对比。进行地应力平衡后土体的位移数量级小于10-6,并且任意深度的竖向应力值等于该处深度与土体密度的乘积。
关键词:岩土工程;ABAQUS;地应力;土体位移
中图分类号:TU431文献标识码:A 文章编号:2095-6835(2014)08-0061-02
随着科学技术水平的提高,越来越多的有限元软件被应用于建筑、材料、机械、航天等领域。这些有限元软件的出现对岩土工程来说是一个巨大的推动,其中,作为最先进的大型通用有限元分析软件之一的ABAQUS被广泛应用。ABAQUS软件全面满足了静力许可,可以模拟多种不同模型的本构关系,结合有限元分析方法,可以使数值模拟不受几何形状的不规则、边界条件的多样性和材料部均匀性的限制,能够更加准确地分析应力和应变的过程,为现场实际操作提供有效的依据。
1本构模型
土体是天然的、复杂的多孔材料,在受荷之后会表现出明显的压缩性、非线性、流变性、各向异性、剪切性等特征。为了更好地描述土体的真实力学——变形特性,建立其应力应变和时间的关系,在各种试验和工程实践经验的基础上提出一种数学模型,即土体的本构模型。世界各国学者提出过上百种不同的土体本构模型,其中,摩尔库仑模型、扩展D-P模型和修正剑桥模型的应用最广。
1.1摩尔库仑模型
摩尔库仑的屈服准则假定作用在某一点的剪应力等于该点的抗剪强度时,该点发生破坏,剪切强度与作用在该面的正应力呈线性关系。
1.2扩展D-P模型
扩展D-P模型允许材料各向同性硬化或软化,考虑了材料的剪胀性。扩展D-P模型的屈服准则主要取决于屈服面在子午面的形状。其中,屈服面可以为线性、双曲线和一般指数函数形式。
1.3修正剑桥模型
修正剑桥模型是一个有代表性的土的弹塑性模型,它主要是在土体固结试验的基础上建立起来的。修正剑桥模型的屈服面在p-q子午线平面上的投影是一个椭圆。
2地应力平衡
2.1建立模型
针对开挖基坑处的土质、地形建立有限元模型,由于未开挖前基坑位置是轴对称的,因此在建模过程中,为了减少计算量,采用轴对称壳体单元进行分析模拟,模拟的土体分层并且赋予土体表1中所示属性。设置分析步时选择“Geostatic”分析步,建立荷载时在土体上施加重力荷载。划分网格时选择“CAX4R”,采用扫掠式划分网格,然后提交分析。在提交分析之前,需要在命令行中输入mdb.models[model-1].setValues(noPartsInputFile=ON),目的是为了使输出文件完整。
2.2地应力平衡
对建立的模型进行地应力平衡。平衡前将土体应力的“odb”文件作为初始应力施加在模型上,以达到平衡地应力的效果。为了得到完整的平衡土体应力,在第二次运行之前,需要在关键词中的“step”前输入*initial conditions,type=stress,input= tu.csv,目的是让应力预先施加在土体之上。平衡前后土体的应力和位移见图1、图2、图3和图4.
图1地应力平衡前土体应力云图图2地应力平衡后土体应力云图
图3地应力平衡前土体的位移云图图4地应力平衡后土体的位移云图
从以上应力云图中可以看出,图1和图2在地应力平衡前后土体内的应力最大值均约为2.2×105,最小值均约为4.5×104,可见应力云图基本没有变化,地应力平衡前后土体的应力是基本保持不变的。图3和图4中,土体在平衡前位移的最大值约为1.2×10-1,在地应力平衡之后,土体的最大位移约为8×10-5,可见平衡前后土体的位移云图发生了明显的改变,地应力平衡的效果十分明显。
3结束语
由ABAQUS模拟分析的土体地应力平衡效果十分明显,土体中的应力基本保持不变,土的受力特性没有受到扰动。同时在平衡地应力之后,土体的竖向位移降低在10-5个数量级上,大大增加了数值模拟和实际情况的真实度。在地应力平衡之后再进行基坑开挖的模拟,使模拟结果更加真实有效,可为实际工程提供可靠的数值分析。
参考文献
[1]贾坤,蒋树屏,李建军.无限单元在隧道工程数值分析中的应用[J].西部探矿工程,2007(07).
[2]赵常红,马云峰.岛状冻土地区钻孔灌注桩成桩质量分析[J].低温建筑技术,2011(12).
[3]马云峰,王庆波.利用声波透射法对岛状冻土地区钻孔灌注桩的成桩质量探讨[J].中外企业家,2012(04).
[4]地矿部勘察技术局.JGJ/T 93—95 基桩低应变动力检测规程[S].北京:中国建筑工业出版社,1996.
[5]中国建筑科学研究院.JGJ 106—03 建筑基桩检测技术规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2003.
[6]李广信.高等土力学[M].北京:清华大学出版社,2004 .
[7]曾静,王靖涛.土的本构关系的数值建模方法[J].岩石力学与工程学报,2002(S2).
(下转第64页)
摘要:平衡地应力是岩土工程计算分析中十分重要的部分,在岩土施工前保证地表位移近似为零,是数值模拟的首要前提。利用ABAQUS对某基坑开挖前的土体进行地应力平衡,根据现场土体的物理性质指标,将地应力平衡前后土体的应力和位移进行对比。进行地应力平衡后土体的位移数量级小于10-6,并且任意深度的竖向应力值等于该处深度与土体密度的乘积。
关键词:岩土工程;ABAQUS;地应力;土体位移
中图分类号:TU431文献标识码:A 文章编号:2095-6835(2014)08-0061-02
随着科学技术水平的提高,越来越多的有限元软件被应用于建筑、材料、机械、航天等领域。这些有限元软件的出现对岩土工程来说是一个巨大的推动,其中,作为最先进的大型通用有限元分析软件之一的ABAQUS被广泛应用。ABAQUS软件全面满足了静力许可,可以模拟多种不同模型的本构关系,结合有限元分析方法,可以使数值模拟不受几何形状的不规则、边界条件的多样性和材料部均匀性的限制,能够更加准确地分析应力和应变的过程,为现场实际操作提供有效的依据。
1本构模型
土体是天然的、复杂的多孔材料,在受荷之后会表现出明显的压缩性、非线性、流变性、各向异性、剪切性等特征。为了更好地描述土体的真实力学——变形特性,建立其应力应变和时间的关系,在各种试验和工程实践经验的基础上提出一种数学模型,即土体的本构模型。世界各国学者提出过上百种不同的土体本构模型,其中,摩尔库仑模型、扩展D-P模型和修正剑桥模型的应用最广。
1.1摩尔库仑模型
摩尔库仑的屈服准则假定作用在某一点的剪应力等于该点的抗剪强度时,该点发生破坏,剪切强度与作用在该面的正应力呈线性关系。
1.2扩展D-P模型
扩展D-P模型允许材料各向同性硬化或软化,考虑了材料的剪胀性。扩展D-P模型的屈服准则主要取决于屈服面在子午面的形状。其中,屈服面可以为线性、双曲线和一般指数函数形式。
1.3修正剑桥模型
修正剑桥模型是一个有代表性的土的弹塑性模型,它主要是在土体固结试验的基础上建立起来的。修正剑桥模型的屈服面在p-q子午线平面上的投影是一个椭圆。
2地应力平衡
2.1建立模型
针对开挖基坑处的土质、地形建立有限元模型,由于未开挖前基坑位置是轴对称的,因此在建模过程中,为了减少计算量,采用轴对称壳体单元进行分析模拟,模拟的土体分层并且赋予土体表1中所示属性。设置分析步时选择“Geostatic”分析步,建立荷载时在土体上施加重力荷载。划分网格时选择“CAX4R”,采用扫掠式划分网格,然后提交分析。在提交分析之前,需要在命令行中输入mdb.models[model-1].setValues(noPartsInputFile=ON),目的是为了使输出文件完整。
2.2地应力平衡
对建立的模型进行地应力平衡。平衡前将土体应力的“odb”文件作为初始应力施加在模型上,以达到平衡地应力的效果。为了得到完整的平衡土体应力,在第二次运行之前,需要在关键词中的“step”前输入*initial conditions,type=stress,input= tu.csv,目的是让应力预先施加在土体之上。平衡前后土体的应力和位移见图1、图2、图3和图4.
图1地应力平衡前土体应力云图图2地应力平衡后土体应力云图
图3地应力平衡前土体的位移云图图4地应力平衡后土体的位移云图
从以上应力云图中可以看出,图1和图2在地应力平衡前后土体内的应力最大值均约为2.2×105,最小值均约为4.5×104,可见应力云图基本没有变化,地应力平衡前后土体的应力是基本保持不变的。图3和图4中,土体在平衡前位移的最大值约为1.2×10-1,在地应力平衡之后,土体的最大位移约为8×10-5,可见平衡前后土体的位移云图发生了明显的改变,地应力平衡的效果十分明显。
3结束语
由ABAQUS模拟分析的土体地应力平衡效果十分明显,土体中的应力基本保持不变,土的受力特性没有受到扰动。同时在平衡地应力之后,土体的竖向位移降低在10-5个数量级上,大大增加了数值模拟和实际情况的真实度。在地应力平衡之后再进行基坑开挖的模拟,使模拟结果更加真实有效,可为实际工程提供可靠的数值分析。
参考文献
[1]贾坤,蒋树屏,李建军.无限单元在隧道工程数值分析中的应用[J].西部探矿工程,2007(07).
[2]赵常红,马云峰.岛状冻土地区钻孔灌注桩成桩质量分析[J].低温建筑技术,2011(12).
[3]马云峰,王庆波.利用声波透射法对岛状冻土地区钻孔灌注桩的成桩质量探讨[J].中外企业家,2012(04).
[4]地矿部勘察技术局.JGJ/T 93—95 基桩低应变动力检测规程[S].北京:中国建筑工业出版社,1996.
[5]中国建筑科学研究院.JGJ 106—03 建筑基桩检测技术规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2003.
[6]李广信.高等土力学[M].北京:清华大学出版社,2004 .
[7]曾静,王靖涛.土的本构关系的数值建模方法[J].岩石力学与工程学报,2002(S2).
(下转第64页)
摘要:平衡地应力是岩土工程计算分析中十分重要的部分,在岩土施工前保证地表位移近似为零,是数值模拟的首要前提。利用ABAQUS对某基坑开挖前的土体进行地应力平衡,根据现场土体的物理性质指标,将地应力平衡前后土体的应力和位移进行对比。进行地应力平衡后土体的位移数量级小于10-6,并且任意深度的竖向应力值等于该处深度与土体密度的乘积。
关键词:岩土工程;ABAQUS;地应力;土体位移
中图分类号:TU431文献标识码:A 文章编号:2095-6835(2014)08-0061-02
随着科学技术水平的提高,越来越多的有限元软件被应用于建筑、材料、机械、航天等领域。这些有限元软件的出现对岩土工程来说是一个巨大的推动,其中,作为最先进的大型通用有限元分析软件之一的ABAQUS被广泛应用。ABAQUS软件全面满足了静力许可,可以模拟多种不同模型的本构关系,结合有限元分析方法,可以使数值模拟不受几何形状的不规则、边界条件的多样性和材料部均匀性的限制,能够更加准确地分析应力和应变的过程,为现场实际操作提供有效的依据。
1本构模型
土体是天然的、复杂的多孔材料,在受荷之后会表现出明显的压缩性、非线性、流变性、各向异性、剪切性等特征。为了更好地描述土体的真实力学——变形特性,建立其应力应变和时间的关系,在各种试验和工程实践经验的基础上提出一种数学模型,即土体的本构模型。世界各国学者提出过上百种不同的土体本构模型,其中,摩尔库仑模型、扩展D-P模型和修正剑桥模型的应用最广。
1.1摩尔库仑模型
摩尔库仑的屈服准则假定作用在某一点的剪应力等于该点的抗剪强度时,该点发生破坏,剪切强度与作用在该面的正应力呈线性关系。
1.2扩展D-P模型
扩展D-P模型允许材料各向同性硬化或软化,考虑了材料的剪胀性。扩展D-P模型的屈服准则主要取决于屈服面在子午面的形状。其中,屈服面可以为线性、双曲线和一般指数函数形式。
1.3修正剑桥模型
修正剑桥模型是一个有代表性的土的弹塑性模型,它主要是在土体固结试验的基础上建立起来的。修正剑桥模型的屈服面在p-q子午线平面上的投影是一个椭圆。
2地应力平衡
2.1建立模型
针对开挖基坑处的土质、地形建立有限元模型,由于未开挖前基坑位置是轴对称的,因此在建模过程中,为了减少计算量,采用轴对称壳体单元进行分析模拟,模拟的土体分层并且赋予土体表1中所示属性。设置分析步时选择“Geostatic”分析步,建立荷载时在土体上施加重力荷载。划分网格时选择“CAX4R”,采用扫掠式划分网格,然后提交分析。在提交分析之前,需要在命令行中输入mdb.models[model-1].setValues(noPartsInputFile=ON),目的是为了使输出文件完整。
2.2地应力平衡
对建立的模型进行地应力平衡。平衡前将土体应力的“odb”文件作为初始应力施加在模型上,以达到平衡地应力的效果。为了得到完整的平衡土体应力,在第二次运行之前,需要在关键词中的“step”前输入*initial conditions,type=stress,input= tu.csv,目的是让应力预先施加在土体之上。平衡前后土体的应力和位移见图1、图2、图3和图4.
图1地应力平衡前土体应力云图图2地应力平衡后土体应力云图
图3地应力平衡前土体的位移云图图4地应力平衡后土体的位移云图
从以上应力云图中可以看出,图1和图2在地应力平衡前后土体内的应力最大值均约为2.2×105,最小值均约为4.5×104,可见应力云图基本没有变化,地应力平衡前后土体的应力是基本保持不变的。图3和图4中,土体在平衡前位移的最大值约为1.2×10-1,在地应力平衡之后,土体的最大位移约为8×10-5,可见平衡前后土体的位移云图发生了明显的改变,地应力平衡的效果十分明显。
3结束语
由ABAQUS模拟分析的土体地应力平衡效果十分明显,土体中的应力基本保持不变,土的受力特性没有受到扰动。同时在平衡地应力之后,土体的竖向位移降低在10-5个数量级上,大大增加了数值模拟和实际情况的真实度。在地应力平衡之后再进行基坑开挖的模拟,使模拟结果更加真实有效,可为实际工程提供可靠的数值分析。
参考文献
[1]贾坤,蒋树屏,李建军.无限单元在隧道工程数值分析中的应用[J].西部探矿工程,2007(07).
[2]赵常红,马云峰.岛状冻土地区钻孔灌注桩成桩质量分析[J].低温建筑技术,2011(12).
[3]马云峰,王庆波.利用声波透射法对岛状冻土地区钻孔灌注桩的成桩质量探讨[J].中外企业家,2012(04).
[4]地矿部勘察技术局.JGJ/T 93—95 基桩低应变动力检测规程[S].北京:中国建筑工业出版社,1996.
[5]中国建筑科学研究院.JGJ 106—03 建筑基桩检测技术规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2003.
[6]李广信.高等土力学[M].北京:清华大学出版社,2004 .
[7]曾静,王靖涛.土的本构关系的数值建模方法[J].岩石力学与工程学报,2002(S2).
(下转第64页)