用ABAQUS和PLAXIS模拟分析载荷试验的对比研究

2019-03-15王忠胜辽宁省有色地质一五队有限责任公司辽宁葫芦岛125000

建材发展导向 2019年4期

王忠胜（辽宁省有色地质一〇五队有限责任公司辽宁葫芦岛 125000）

0 引言

在建设工程中，特别是在铁路工程建设中，路基填方压实质量的检测越来越重要。多年来，在铁路工程施工中一直采用密实度法对路基填方压实质量进行检测、评价和控制。但是随着高速铁路和高速公路的发展，对路基质量的要求越来越高，仅用压实密度法对路基填方压实质量来评价已很难保证工程质量，难以满足现代化施工的要求。因此，通过平板载荷试验来确定和检测地基承载力的方法，可以更全面地评估路基情况，其在实际中的应用也越来越重要。本文通过Abaqus分析和Plaxis分析对平板载荷试验进行二维和三维分析，比较两者分析结果，通过对比，选择一种较好的软件分析载荷试验，进而提出，在施工前通过数值分析来模拟地基情况，以保证其可靠度。

1 Plaxis理论模拟

在Plaxis模型建立时，采用二位有限元分析模型，对于地基土分别采用线弹性模型和摩尔库伦模型。

1.1 试验概况

该试验基坑内的土层主要物理性质指标见表1，土层分为5层，均为粉质粘土和粘土，载荷板尺寸为1200mm×1200mm×300mm。通过 Plaxis分析载荷试验的地基承载力及沉降问题。

1.2 理论模型分析

在建立模型时，考虑土层3m为有限深度，其地基土参数见表1，荷载加载等级见表2，在对土层的参数进行设置后，进行模型网格的划分，其计算模型以及计算后的输出结果详见图1~图3。

ω γ/% IP深度/m /(kN/m3) ds e ωL/%ωP α1-2Esl-2/MPa 0.0～0.5 15 20 2.7 0.56 26 16.59.5 0.18 9 0.5～1.0 15 20 2.7 0.56 26 16.59.5 0.18 9 1.5～2.0 15 20 2.7 0.56 26 16.59.5 0.18 9 2.0～2.5 15 20 2.7 0.56 26 16.59.5 0.18 9 2.5～3.0 18 20 2.7 0.56 27 15 12 0.11 13/%/(MPa-1)

表2 荷载加载等级

图1 有限元计算模型

土体在加载过程中土体的总位移如图2所示。

图2 土体的总位移趋势

土体在加载过程中破坏后的滑裂面如图3所示。

图3 加载后的土体滑裂面

2 Abaqus理论模拟

在Abaqus模型建立时，采用二位有限元分析模型，对于地基土分别采用摩尔库伦模型。试验概况与土层情况同1.1节。

在建立模型时，考虑土层3m为有限深度，其地基土参数见表1，在对土层的参数进行设置后，进行模型网格的划分，其计算模型以及计算后的输出结果详见图4~图7。

图4 模型网格划分

图5 模型不同土层的位移

3 理论模拟与实际实验数据对比分析

在上面两个数值模拟分析的同时，在试验基坑内也进行了实际的载荷试验，载荷板尺寸为1200mm×1200mm×300mm，通过得出的P-s曲线与理论模拟的曲线进行对比分析（详见图6、图7）。

图6 Plaxis数值分析与试验数据对比

图7 Abaqus数值分析与试验数据对比

通过图6、图7中数值模拟分析数据与试验数据的对比可以看出，二维软件Plaxis的分析结果与实验结果相差较大，虽然土体滑裂面与实际较相符，但最终沉降有所不同。不过Plaxis软件得出的地基承载力特征值与试验数据分析相符，后面加载导致P-s曲线不同的原因可能是土层参数设置较为保守，再者是渗透系数设置较大造成的，可适当调节参数进行计算；而对于Abaqus数值分析，分析过程中采用摩尔库伦模型，模拟过程中需要的参数均可通过土工试验得到，能更好地模拟实验，而且从图7数值分析数据与试验数据的对比，可以看出模拟效果较好。

通过Abaqus分析，可以得到各个土层的位移情况，土层的压密情况，从图5、图7中可以看出，载荷板下1.5m深度范围内土层位移均较大。