当前位置:文档之家› 有限元在土木工程中的应用

有限元在土木工程中的应用

非饱和土的毛细现象分析

对于非饱和土体,土中水主要受基质势和重 力势的影响,当基质势大于重力势,土中水 将在基质的吸力的作用下上升,产生毛细现 象。有限元程序同样可以解决此类问题,并 可以与土体变形相耦合。
土的渗流计算
坝基渗流

一般的商用有限元程序都可以计算土中水的 稳定渗流,此即水渗流和土体变形的耦合分 析,当只分析水渗流时可以约束土体的自由 度。
人工岛和进海路
在浅海的油田开发中,人工岛和近海路 的建设是很重要的开发环节。采用有限 单元法,可以模拟两者的施工过程并计 算最终沉降,指导现场施工。
大型储油罐沉降计算
对于大型储油罐的建设,沉降控制是一 个很重要的因素。有限单元法可以模拟 求解施工沉降和最终沉降,以改善设计。
边坡稳定性分析
岩土开挖分析
地层损失 初始地应力平衡

关键在于保持总体坐标与ABAQUS默认的系统 坐标相一致:对于平面模型,Y轴为竖直方向; 对于三维模型,Z轴为竖直方向。

隧道超前支护
隧道施工中超前支护一般采用管棚或注浆小导管, 形成一个环状的加固层。
岩土开挖分析

隧道开挖与支护
模拟隧道开挖的方法主要有两种:反转应力法与 刚度折减法,反转应力法就是在开挖边界上施加 一“等效释放载荷”,通过等效释放载荷的分级 释放,模拟不同的施工过程。刚度折减法是通过 不断折减被挖对象的刚度来模拟隧道的开挖过程。 隧道不同埋深的处理
对于非相关联的流动法则,要确保塑性材料的刚 度矩阵不对称。
边坡稳定性分析
抗滑桩加固土坡稳定性分析
工程中广泛应用的极限平衡法不能满足静力 许可内立场的基本条件,而有限单元法通过 单元离散,应用弹性和弹塑性对边坡进行分 析,能反映桩土之间相互作用的真实机理。 同样可以采用刚度折减技术

土的渗流计算
岩土开挖分析
隧道开挖和支护过程

把问题简化为平面应变问题,建立2D平面 模型;
通过对不同模型方案的对比,可以选出最优 化的施工方案; 像ABAQUS这样的有限元程序提供的ADD 和REMOVE功能可以很方便地实现开挖和 支护过程,且操作方便、计算速度快。

岩土开挖分析
隧道开挖过程的三维模拟
土坡稳定分析
与传统的极限平衡法相比,有限单元法分析 边坡稳定性具有全面满足静力许可、应变相 容和应力-应变之间本构关系的优点; 土体采用弹塑性的莫尔-库伦模型,采用刚 度折减法分析边坡稳定性。

边坡稳定性分析
节理岩石边坡稳定性分析

关键在于节理材料参数的准确定义和求解控 制:
当节理面张开时,假定材料在裂隙的法向不具有 弹性刚度,这将造成不同的裂隙组合可能会在任 何时侯屈服,所以求解过程的收敛性是非单调的, 因此应采用适当措施防止迭代过程的过早结束。 在开挖接近结束时,应设置最小迭代步长,以避 免无效的迭代。
有限元在岩土工程中的应用
土的渗流计算 土体固结分析 桩土共同作用分析
岩土开挖分析
基坑开挖
考虑对称性, 计算区域取基坑的一半; 把问题简化为平面应变问题; 假设计算土体为一层均匀土体; 每开挖一定深度就要设置一定支撑。

岩土开挖分析
考虑渗流和变形耦合的基坑开挖

在软土地区开挖基坑时,地下水渗流对基坑 工程性状的影响不容忽略,基坑开挖卸载在 坑底和周围的土体内产生负的孔隙水压力, 并随着每步开挖结束后暴露时间的增加逐渐 消散;同时,地下水在坑内外水头差的作用 下发生渗流。所以在地下水位高时,基坑开 挖将伴随着开挖卸载、坑内外水头差的变化、 超静孔隙水压力消散的耦合过程。
主要内容
有限元方法简介 有限元在岩土工程中的应用 有限元在结构工程中的应用 有限元在土木工程中的应用前景
有限元方法简介
有限元方法的基础是变分原理和加权余 量法,其基本求解思想是把计算域划分 为有限个互不重叠的单元,在每个单元 内,选择一些合适的节点作为求解函数 的插值点,将微分方程中的变量改写成 由各变量或其导数的节点值与所选用的 插值函数组成的线性表达式 ,借助于变 分原理或加权余量法,将微分方程离散 求解。
有限元方法简介
有限单元法根据其未知变量的设置类型 可分为三种方法:
位移法有限元(以 单元节点位移为基本未 知量) 力法有限元(以单元节点力为基本未知量)

混合有限元(部分节点力和部分节点位移作 为基本未知量)
有限元在岩土工程中的应用
岩土开挖分析 地下储油库 岩石爆破 人工岛和进海路 大型储油罐沉降计算 边坡稳定性分析
− 对于隧道的不同埋深,可以先建立一个均匀埋深的隧 道,然后通过在模型顶面施加不均匀的分布力,以此 来模拟隧道不同的上覆岩层厚度。
地下储油库
地下储油库的开挖和隧道的开挖有许多 相似之处,同样可以应用有限单元法进 行模拟,以选择最佳的设计和施工方案。
岩石爆破ห้องสมุดไป่ตู้
在隧道开挖等岩体工程中,爆破也是经 常使用的一项技术,用有限单元法可以 模拟出爆破给岩石和原有洞穴带来的影 响,据此选择最有利的爆破地点和爆破 强度。
土的渗流计算
土体减饱和过程分析
用有限元程序可以实现模拟土体减饱和过程, 以测量不同时刻土体内孔隙水压力值。 两种情况的减饱和:

不考虑土体变形,即非耦合渗流 考虑土体变形,即耦合渗流
土的渗流计算
土坝渗流自由面的计算

在土坝、堤防以及边坡等的渗流分析中,均 存在渗流自由面,即浸润线的问题。通过有 限元计算分析,可以确定渗流自由面的位置, 为后续计算提供依据。

模型尺寸及边界条件
隧道模型横断面尺寸可根据情况取7~10倍的隧 道直径,对于浅埋隧道,模型顶面可取至物理对 象顶面;纵向长度要考虑空间效应的影响。 顶面取自由面,底面为双向约束,左右边界为水 平约束,前后边界为水平约束。

单元选择
围岩采用实体单元,衬砌采用实体单元或壳单元, 锚杆可采用杆单元。
土的渗流计算
水库水位升降对土坝渗流的影响分析

水库的蓄水和排水过程是典型的非饱和土渗 流问题,有限元方法可以对水库水位升降过 程中堤坝内孔隙水压力的分布进行分析,为 后续的堤坝稳定验算和渗流量计算提供依据。
相关主题