有限二维区域流固耦合渗流问题的ABAQUS模拟

来源 :上海工程技术大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:JK0803_shijiwu
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随着经济的迅速发展,城市化进程的加快,大规模的城市建设使得地面载荷成为城市地面沉降的一个重要影响因素。地面沉降会给建筑物和生产设施带来非常严重的灾害,甚至威胁到人类的人生安全。现今广大岩土学者对地面土体的固结沉降研究大部分集中在半平面无限大区域,而现实工程中往往涉及的区域是有限的,因此本文主要研究有限区域多孔介质的流固耦合问题,重点集中于二维有限区域饱和土体在载荷作用下的固结沉降分析。  介绍了固结沉降的经典理论,并分析了ABAQUS在岩土工程中应用的专业性和适应性。将一维固结理论解析解的计算结果与ABAQUS数值模拟结果相对比,验证了ABAQUS对于固结数值模拟的可靠性和准确性。以有效应力原理和比奥固结理论为基础,推导给出了有限二维饱和多孔介质因表面载荷诱发的比奥固结的一个解析解。其中假设多孔介质为均匀各向同性和线弹性,数学模型采用不可压缩多孔介质模型。利用拉普拉斯变换及数值反演获得了双重无穷级数和形式的解析解,利用ABAQUS软件对文中推导出的解析解进行了数值验证,证明了解析解的可靠性。  利用ABAQUS数值模拟了有限区域饱和软土在不同载荷作用下的固结问题,土体假设本构模型为线弹性、均质和各向同性的,对于二维矩形区域饱和土体来说,无论是剪切载荷单独作用还是法向载荷单独作用或是两者联合作用与土体上表面,土体的边界透水性对于土体的固结沉降没有任何影响,而是由土体本身的物理性质所决定的。但是透水性的不同却影响着土体沉降的变化过程,且透水性越差,土层沉降就越缓慢。法向载荷单独作用于土体时,土体也会有水平位移的产生,说明竖直位移和水平位移是相互耦合的。剪切载荷与法向载荷载荷同时作用下土层上表面的位移等于法向载荷与剪切载荷分别单独作用下各自使土层产生的位移数值和,完全与叠加原理相符合。  对二维有限矩形区域饱和软土的弹性正交各向异性和渗透正交各向异性的固结沉降问题进行了数值模拟分析,得到了不同方向土体弹性模量的变化,会影响到土体最终的固结沉降量,而最终沉降量不会受到不同方向渗透系数改变的影响,而不同方向渗透系数的改变并不会影响最终沉降量。
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