岩土工程数值分析学习笔记Word文档格式.docx
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(2)各模型的参数:
MOHR-COULOMB模型的基本参数:
E:
'
杨氏模量;
v:
白桑比;
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:
内摩擦角;
c:
内聚力;
収剪胀角,这些参数可以从土样的基本试验得到。
下一畀他]alAuu]ih/g
杨氏模量E:
在土力学中,初始斜率用E0表示,50%强度处的割线模量由E50表示。
对于具有大范围线弹性行为的材料来说,使Eo是符合实际的,但是对于土体加载问题一般使用E50。
如果考虑隧道和开挖问题中的卸载问题要用Eur替换E50.
泊桑比V:
在许多情况下得到的V值是介于0.3和0.4之间的。
一般地说,除了一维压缩,这个范围的值还可以用在加载条件下,
在卸载条件下,使用0.15和0.25之间的值更为普遍。
内摩擦角:
PLAXIS可以处理无粘性砂土c=0,但是有一些选项的执行不太好。
为了避免复杂性,我们建议不熟练的用户至少输入一个较小值(使用c>
0.2kPa)。
ijj的小的负值仅仅对极
剪胀角:
以度的方式指定的。
除了严重的超固结土层以外,粘性土通常没有什么剪胀性(书=0。
砂土的剪胀性依赖于密度和摩擦角。
对于石英砂土来说,书=?
-30,书的值比?
的值小30度,然而,剪胀角在多数情况下为零。
松的砂土是实际的。
HARDENING-SOIL模型的参数:
软土模型参数:
/T:
修缩指标/:
修1E的膨胀指标
C:
内聚力
问:
(P:
内摩擦角妙:
剪胀角禹级参数(使用缺省哎世):
%一:
卸载/晅新加载比
Kf:
If:
常固结中侧应力系数
下一凱皿
(3)单位和符号规定
为方便起见.以卜-列出经常便用的味套单位£
模力角移n喪掠
标卅常他
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分衍荷戎
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应丿J
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[Ip叩
az指向平面外。
轴对称分析里,x代表径向坐标,y代表示径向应力,az表示环向应力。
在所有输出数据里,
符号规定:
在平面应变分析里,表轴向坐标,Z代表切向。
此时,压应力(包括孔隙压力)和压力设为负值,而拉应力和拉力设为正值。
CXx
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警
■家建模过程:
绘制几何轮廓线f设定边界条件+添加荷载f添加材料特性f划分网格+设置初始条件+计算工序分层f计算
警告:
如果修改已经建好的模型,要意识到必须重新生成网格,有时还包括重新生成初始条件,以便和修改后的模型一致。
(4)荷载问题:
荷载子菜单包含的选项,用于在几何模型里引入分布荷载、线荷载或集中荷载以及指定位移。
荷载和指定位移既可用于模型边界,也可用于模型内部。
指定位移是为了控制某些点的位移而强加于模型的特殊条件。
大小为零的指定位移即为约束。
注意:
如果在一条几何线上同时施加指定位移和荷载,那么在计算过程中指定位移优先于荷
载,在全约束线上施加指定位移,约束则优先于指定位移。
因而,在全约束线段上没有必要施加指定位移、集中荷载、分布荷载。
如果只有一个位移方向是预加的,而其他方向是自由的,那么就可以在自由位移的方向上施加集中荷载、分布荷载。
(5)材料性状种类一材料类型
排水性状:
该设置不产生超静水压。
很明显,它适用于干土,以及由于高渗透性(砂土)和/或缓慢加载的完全排水条件。
该选项也可以用来模拟长期岩土性质,其中不需要模拟不排水加载和固结的精确历史。
不排水性状:
该设置用于研究超静水压的完全发展过程。
由于低透水性(粘土)和/或快速加载,孔隙水渗流有时可以忽略。
注意,要输入有效的模型参数。
非多孔性状:
使用该设置的类组,不论是初始孔压还是超静水压,都不予考虑。
有关应用可以在模拟混凝土或结构性状的例子里找到。
非多孔性状通常和线弹性模型组合应用。
输入的饱和容重和渗透性参数对非多孔材料是无效的。
(6)网格生成
网格的基本单元类型为15节点的三角形单元或6节点的三角形单元。
全局疏密度水平:
很粗疏、
为粗疏。
很粗疏:
/J,=25
大约50个中”元
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.~50
大约100个单元
n.=100
大约250个单兀
细新
-200
人约500个单元
/7,-100
人约L000个单-元
局部疏密度:
在可能出现强烈的应力集中或大变形梯度的区域,最好是用更精确(细密)的有限元元网格来模拟,这通常是在几何模型里出现边缘、角或结构对象的时候用到。
这时候的局部单元尺寸因子就应当等于0.5。
关于网格生成的几点建议:
为了优化有限元计算,可以先用相对粗疏的网格作初始分析。
这样可以检查几何模型的大小是否合适,还可以预计发生应力集中和大变形梯度的位置。
所得成果主要用来加密有限元网格,生成加密的有限元模型。
为了能够顺利地生成详细的有限元网格,首先应当从网格子菜单里选择需要的全局疏密度。
此外,如果还要进行局部加密,那么应当首先加密类组,然后加密几何线,最后再加密几何点。
需要时,可以直接给几何点设局部单元尺寸因子。
(7)初始条件
在几何模型和有限元网格都建好之后,必须明确初始应力状态和初始构造。
初始条件由两个不同的模式组成:
一个模式是生成初始水压(水力条件模式),另一个模式是定义初始
几何构造和生成初始有效应力场(几何构造模式)。
从初始条件返回到几何图形创建模式是允许的,但是一般不这么做,因为这样做可
能会丢失一些有关初始条件的信息。
(8)计算
计算分类:
分三种基本计算类型,塑性计算、固结分析和Phi-c折减(安全分析)。
塑性计算:
在弹-塑性变形分析当中,如果不需要考虑超静水压随时间的减小,那么应当选塑性计算。
一般性塑性计算根据未变形的几何图形得出刚度矩阵。
这类计算适用于大多数岩土工程的实际应用情况。
固结分析:
要分析饱和粘性土的超静水压随时间的变化与消散,应该选择固结计算。
一般情况下,执行完不排水塑性计算之后,再执行不添加另外荷载的固结分析。
也可以在固结分析过程中施加荷载。
但是,在接近破坏时要引起注意,因为此时迭代过程可能会不收敛。
Phi-c折减(安全分析):
可以用减小土的强度参数的方法来执行安全分析。
这个过程就叫做Phi-c折减,是一个单独的计算类型。
如果要计算全局安全系数,就应当选择Phi-c折减。
建议在计算工序列表的末尾再定义所有安全分析,并且用起始工序号参数注明是在给哪个计算工序求算安全系数。
plaxis例题模拟
算例一砂土层上圆形基础的沉降(选用柔性基础)
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图1表示放置在4m厚砂土层上半径为1m的一个圆形基础。
砂土层下是深厚的坚硬岩石
层。
计算土体在上部荷载作用下产生的位移和应力。
选用轴对称模型,竖直方向取4m(到岩
石层顶部),水平方向取5m(5倍的基础半径)。
计算过程如下:
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图5新建项目参数设置
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图6几何模型
图9计算参数设置
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图7基础模型参数设置
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图10定义计算位置
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图11变形网格
图8地基模型的初始应力场
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图12变形总位移场
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图13
内力数据
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图14基础的荷载位移曲线
计算结果分析:
基础的沉降值随着距离荷载位置的增大而逐渐衰减;
在350KN的均布荷载下,基础的最大沉降量是0.129m;
最大弯矩是43,178KN/m;
最大剪力是44.063KN。
算例二:
不排水条件下河堤的受力分析
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一
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图J受水位变化影响的河堤
如图1所示的堤身高5m,由渗透性差的粘土构成。
其地基上部6m由软土构成,上层3m为一粘土(clay)层,下层3m为一泥炭(peat)层。
软土层基本上是不透水的,所以河流水位的短期变化并不影响这一部分的孔隙压力分布。
软土层下较大深度范围内为渗透性很好的砂土(sand)层,其上部4m包括在有限元模型之中。
这里假设砂土层中的水与河流的水相通,这意味着砂土层的水头紧密跟随河流的水位变化。
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图15新建项目设置
图17划分网格
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图19初始应力的设置
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图20第二计算工序一般设置
图21第二计算工序定义孔隙水压力
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图22孔隙水压场
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有效应力几乎为零区域
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图24水位上升后堤坝的有效应力
应图25堤址后有效应力横断面
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图24可以发现模型右边砂土层顶部的有效应力几乎为零,这是由于砂土层内孔隙压力的
增加造成的,从这一应力图,也可以发现土堤的变形在其后的粘土层中产生了一个被动应力区。
粘土和泥炭层的不排水性能导致了超静水压的发展。
图23可以看出堤坝在水位变化情况
下,土体的总变形,堤顶和堤址后土体隆起,故在施工过程中需要严格处理堤址后土体。
算例三水下土体开挖施工
横向支撐
10
开挖部分
A圭地下连续墙
鉴于几何模型的对称性,分析时只考虑其中一半(左边)。
开挖过程模拟为三个不同的阶段。
地下墙使用板单元来模拟,两侧地下墙和土的相互作用用界面单元来模拟,界面单元可以模拟墙体与土之间产生的滑动摩擦,此摩擦较土之间的摩擦要小些。
地下墙之间的横向支撑用弹簧单元来模拟。
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材料定义:
砂土层、粘土层材料定义如上例,
不再叙述,地下连续墙和横向锚杆定义如下:
Materialsets
Plateproperties
图28定义地下连续墙的材料
Material
inch口「properties
翌IsadI
图29定义锚杆的材料
全局网格选用中等级别,在地下连续墙处网格加密。
图30划分网格
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