ABAQUS與巖土工程（四）——地應(yīng)力平衡（修正劍橋模型）

2016-10-27 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

修正劍橋是個(gè)具有跨時(shí)代意義的土體塑性本構(gòu)。關(guān)于臨界狀態(tài)土力學(xué)的基本原理和發(fā)展歷史,小胖后面會(huì)在“理論學(xué)習(xí)”欄目里和大家一起學(xué)習(xí)。今天我們先討論一下“方法論”中經(jīng)常碰到的問題——地應(yīng)力平衡。

我們現(xiàn)在經(jīng)常使用的劍橋模型是經(jīng)過修正的,也就是所謂的修正劍橋模型,我們簡(jiǎn)稱MCC(Modified Cam-clay)。區(qū)別于其它傳統(tǒng)的塑性本構(gòu),MCC考慮了土體應(yīng)力路徑的影響,因此在ABAQUS內(nèi)并不能與線彈性模型相匹配,只能搭配多孔介質(zhì)彈性模型。于是經(jīng)典的報(bào)錯(cuò)提示就來了——

THE SUM OF INITIAL PRESSURE AND ELASTIC TENSILE STRENGTH FOR THE POROUS ELASTIC MATERIAL IN ELEMENT ......

這條錯(cuò)誤簡(jiǎn)直是各位巖土寶寶無法避免的噩夢(mèng),我們來看看——

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可以說,這是一個(gè)世界范圍的普遍的問題——

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出了問題,群里吼效率太低,不如直接百度或谷歌。如果不屑與百度為伍,有沒有好的外出散步方式,你還可以用幫助文件。好在,SSQ幫你打開了通往幫助文件的大門,不是嗎?

根據(jù)“Abaqus Theory Guide 2016”式4.4.1-4(PDF文件第823頁(yè)),多孔介質(zhì)彈性模型里面有這么一個(gè)公式:

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p0是初始壓應(yīng)力(pressure stress),pel/t(寶寶們自行對(duì)號(hào))是材料的抗拉強(qiáng)度。對(duì)于土體材料,我們一般假設(shè)其沒有抗拉強(qiáng)度。那么問題來了,如果寶寶不小心沒設(shè)置初始地應(yīng)力,而抗拉強(qiáng)度又為0的話,分母就變成0了;如果你設(shè)置的初始應(yīng)力為正,那么根據(jù)Abaqus里拉正壓負(fù)的約定,p0又變成負(fù)的了。那么,你讓前邊的“l(fā)n”怎么想?所以,程序很真誠(chéng)地把問題告訴了你,只怪你自己不好好學(xué)習(xí)人家的幫助文件......

不廢話了,小胖結(jié)合ABAQUS與巖土工程(二)——地應(yīng)力平衡(中級(jí))中的模型演示一下建模的流程吧。

1. 參數(shù)

參數(shù)仍是取自小胖的那篇論文,請(qǐng)參考隧道開挖實(shí)例(一)——標(biāo)準(zhǔn)隧道開挖模擬。

需要指出的是,MCC的參數(shù)需要做實(shí)驗(yàn)!需要做實(shí)驗(yàn)!!需要做實(shí)驗(yàn)!!!請(qǐng)各位寶寶對(duì)自己的前途和他人的安全負(fù)責(zé)。如果是自己做著玩玩,熟悉流程甚至灌灌低檔論文,您可以做些參數(shù)敏感性分析,同時(shí)和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比,綜合得出最靠譜的參數(shù)。再次提醒,地勘的參數(shù)只能參考,因?yàn)槠毡閬碚f我們的地勘還不會(huì)做那些高級(jí)點(diǎn)的試驗(yàn)。

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2. 初始地應(yīng)力

由于前述原因,MCC一定要你給個(gè)初始地應(yīng)力的。有的寶寶問了,如果有建筑物在無法得到靠譜的初始地應(yīng)力分布該咋辦?在這里,小胖提供個(gè)方法,各位回去試試:

(1)按照自重應(yīng)力分別對(duì)土和結(jié)構(gòu)物(混凝土自重)進(jìn)行初始應(yīng)力估算,在predefined field中進(jìn)行賦值;盡量把接觸等考慮在內(nèi)。那種先約束接觸面再平衡然后再放開的方法,小胖個(gè)人認(rèn)為不是特別好;

(2)按常規(guī)Geostatic平衡,能算多少算多少;

(3)導(dǎo)出地應(yīng)力再導(dǎo)入。具體過程請(qǐng)參考ABAQUS與巖土工程(三)——地應(yīng)力平衡(高級(jí))。

一般這個(gè)過程下來,都可以平衡得不錯(cuò)。涉及接觸的地應(yīng)力平衡,請(qǐng)先提高網(wǎng)格質(zhì)量,然后再考慮其它非常規(guī)方法如材料替換、現(xiàn)行約束接觸面等。

3. 初始孔隙比

我們從多孔介質(zhì)模型相關(guān)本構(gòu)定義中也可以看出,初始孔隙比也是必不可少的一個(gè)參數(shù)。一般簡(jiǎn)化情況下,小胖會(huì)選擇均布的孔隙比。但實(shí)際情況遠(yuǎn)不止于此。大家可以參考費(fèi)康的那本書,里面有比較詳細(xì)的論述。

初始孔隙比的定義也是在predefined field中,如