案例52-粘土层上路堤的顺序施工

该示例问题演示了一种使用土壤分析对非线性固结进行建模的方法,其中施加到模型上的载荷是自重。

重点介绍了以下特性和功能:

• 停用和重新激活单元生死能力)

• 二维面-面接触对单元技术

• 改良的Cam粘土材料模型

• 作为时间和高度函数的材料特性

• 土壤材料的静土平衡

介绍

筑堤(或堤防)的目的是防止邻近海洋、湖泊或河流的土地被洪水淹没,并通过挡水来支持运输。通过分阶段施工,可以修建相对陡峭的边坡和堤岸。

由于土壤和岩石基础通常表现为非线性,具有弹塑性应力-应变关系,因此基础必须具有非线性材料特性。已经开发了一些本构模型,以帮助模拟土壤和岩石的行为,例如Mohr-Coulomb, Drucker-Prager concrete, Cam-clay等。

在确定结构稳定性时,路堤重量引起的基础沉降是一个重要的考虑因素。因此,在施工前使用有限元模型检查沉降特性是有用的。

问题描述

每层1.5天,历时4.5天建造三层相等的路堤。

在每个路堤层的施工过程中,粘土层进行固结。每个路堤层的厚度为0.6 m。每一步的载荷仅包括路堤的重量和粘土层的有效自重。

粘土下面的材料是透水的,粘土和路堤之间以及每个路堤层之间的接触区域也是透水的。

假定路堤呈现线弹性特性。粘土层使用弹塑性Cam粘土材料模型。

案例52-粘土层上路堤的顺序施工的图1

建模

由于路堤层的自重是逐渐施加的,因此该问题使用两种方法来模拟物理过程:

• 情况1–使用三个接触对将每个路堤层分成六个子层(共18个子层)。需要20个加载步。

• 情况2–使用三个路堤层和三个接触对,其自重和杨氏模量随时间和高度变化。需要五个加载步。

案例52-粘土层上路堤的顺序施工的图2

案例52-粘土层上路堤的顺序施工的图3

粘土层和路堤层采用二维四节点耦合孔隙压力热单元(CPT212)进行网格划分。接触2-D双节点接触CONTA172)和2-D目标(TARGE169单元划分网格

改进的Cam粘土塑性模型结合多孔弹性,模拟了孔隙对粘土层弹塑性行为的影响。

材料和接触属性

为金属线圈定义了线性弹性材料行为,并使用Neo-Hookean模型对聚合物管进行建模。

案例52-粘土层上路堤的顺序施工的图4

案例52-粘土层上路堤的顺序施工的图5

对于情况2,通过使物理位置和时间的函数(TBFIELD)实现,比重量和杨氏模量在载荷阶跃上逐渐增加。

边界条件和加载

粘土层顶面的压力边界条件最初设置为零,以形成可渗透表面。然而,当第一路堤层被激活时,粘土层和第一路堤层之间接触界面处的压力自由度被删除以形成不可渗透的边界条件。

只有当路堤层的相应单元杀死EKILL)时,才会限制路堤层在Y方向上的位移。当这些单元被重新激活(EALIVE)时,路堤层的零UY自由度也被删除。

当路堤层被杀死和激活时,还需要杀死和激活与其相关的接触对单元

应用于模型的唯一荷是自重,通过土壤分析进行模拟:

案例52-粘土层上路堤的顺序施工的图6

分析和求解控制

对情况1和情况2进行了地质静力分析,以确保在初始状态和粘土层内的自重之间达到平衡。

在地质静力分析结束时,总变形应为零,确认满足平衡。必须停用所有路堤层和接触单元,并且必须限制连接到这些单元的节点在Y方向上的位移。

案例52-粘土层上路堤的顺序施工的图7

案例1的下十八个步和案例2的下三个步是固结步,每个步对应于特定路堤层的活化。

在重新激活相应单元的同时,将删除附着到其上的节点在Y方向上的位移限制。

对于情况1,用于重新激活接触对EALIVE)的命令仅出现在步2814中。

案例52-粘土层上路堤的顺序施工的图8

过量孔隙压力是指当饱和土壤加载时,孔隙压力增加超过初始状态孔隙压力。由于必须检查过量孔隙压力的演变,因此输出数据进行后处理(ETABLESADD)。

结果和讨论

在下图中,(a)显示了粘土层顶面(路堤层下方)点1的沉降。正如预期的那样,感兴趣点的位移随着时间逐渐增加,然后在大约第200天达到稳定状态。

图(b)还显示了点2(路堤中心下方粘土层中部)超孔隙压力的时程演变。过量孔隙压力在路堤层施工期间增加,并在路堤施工结束后逐渐消散。

两种情况的结果表明沉降和孔隙压力演变的预测类似。

案例52-粘土层上路堤的顺序施工的图9

案例52-粘土层上路堤的顺序施工的图10

如下图所示,从施工开始到结束(4.5天),孔隙压力快速增加:

案例52-粘土层上路堤的顺序施工的图11

280天时,孔隙压力与自重平衡。下图显示了路堤施工期间Y方向的位移:

案例52-粘土层上路堤的顺序施工的图12

未激活层没有位移,这意味着这些层在未激活步期间对粘土层的沉降没有影响。

还要注意粘土层的逐渐沉降。在与激活路堤层相关1.5天固结步中,粘土层经历逐渐沉降过程(路堤下方的部分顶面逐渐下降)。

如图所示,路堤施工期间,多余孔隙压力增加:

案例52-粘土层上路堤的顺序施工的图13

路堤施工完成4.5天后,多余的孔隙压力逐渐消散。

建议

在执行类似类型的分析时,考虑以下提示和建议:

• 正确设置接触参数。确保接触始终接合。如果操作不当,可能会失去接触,导致刚体运动。

• 当使用生死单元EALIVEEKILL)时,启用大位移几何(NLGEOMON)。

• 使用非对称Newton-Raphson解方法(NROPTUNSYM)和耦合孔隙压力热机械单元(本问题中为CPT212)。

• 忽略可能在地质静态求解开始时出现的接触单元状态警告。(由于接触单元杀死,然后被重新激活,预计状态会突然改变。)


ANSYSANSYS APDL

案例52-粘土层上路堤的顺序施工的评论0条

    暂无评论

    案例52-粘土层上路堤的顺序施工的相关视频课程

    案例52-粘土层上路堤的顺序施工的相关案例教程

    客户简介 客户:广州今宏信息科技有限公司 • 产业:电子业 • 解决方案:Moldex3D eDesign • 国家: 中国 广州今宏是今明科技集团 (Jinming Group) 企业成员之一,专注于企业信息化服务。广州今宏专注的领域包括CAD/CAM/PDM软件解决方案及咨询服务、模具成型分析解决方案与外包服务、客户化与咨询服务、设计与制造流程一体化。(来源: h
    该实例分析预测了孔隙压力扩散和固体基质变形耦合引起的固体变形。问题是,在均质孔隙-弹性连续体中,圆盘状隔室储层上发生的地面沉降。 重点介绍了以下特性和功能: • 地质力学(土壤分析) • 耦合孔隙压力热机械固体单元 • 土壤(Modified Cam-clay)材料模型 介绍 含烃储层埋藏在地下深处,通常以高孔隙压力状态存在。沉积在储层(覆盖层)上方的地层重量由岩石基
    Workbench之八 配置ABAQUS 支持ABAQUS6.14版 安装ABAQUS后,必须配置文件以进行后处理: ANSYS_INSTALL_DIR\v212\aisol\WBAddins\AbaqusAddin\config.xml 使用纯文本编辑器编辑该文件,且需安装特定版本:<AbaqusVersion version="6.14-3"> 如果安装了ABAQUS的多个版本,配置用于Wor
    为什么使用双料共射成型模拟? 双料共射成型是多材质成型制程的一点变体,通常被应用在双色塑料的产品,如车灯、行动播放器或牙刷等。制程中,两种塑料会分别从两个不同的浇口注入到单一模穴中,并观察塑料在流动后交会时的反应变化,经由流率控制来预测缝合线位置,提升双色塑件产品的质量。因此,运用Moldex3D来验证优化塑件/模具设计及制程参数是很重要的。 挑战 &bull; 选择两个进浇口的材料,并分别定义颜
    为什么使用射出压缩成型(ICM)模拟? 射出压缩成型制程结合了射出成型和压缩成型两种成型技术。在充填阶段,当模具尚未完全闭锁时,部分塑料注入模穴,锁模机构开始运转直到模具完全闭锁,藉由压缩模穴表面让熔胶进入模穴,完成充填。 射出压缩成型(压缩模式) 射出压缩成型制程不仅保留传统射出成型的优点,还具备其他优势,例如: 提高微结构转写率和缩短流动距离和壁厚比&hellip;等等,然而,为了制造出完美的
    博士/博士后
    影响力
    粉丝
    内容
    获赞
    收藏
      项目客服
      培训客服
      0 0