软件ABAQUS在饱和土体动力响应分析中的应用.pdf

第26卷第3期地震工程与工程振动Vol.26,No.3
2006年6月EARTHQUAKEENGINEERINGANDENGINEERINGVIBRATIONJun.2006

文章编号:100021301(2006)0320238204

软件ABAQUS在饱和土体动力响应
分析中的应用

岳庆霞,李杰
(同济大学建筑工程系,上海200092)

摘要:研究表明:地震作用下土体的动力特性及变形特性与超静孔隙水压力的发展变化密切相关,因
此,在土体动力分析过程中考虑孔隙水压的影响是非常必要的。本文通过对基本方程的推导,借助于
大型有限元软件ABAQUS,进行了饱和土体在动力作用下孔隙水压变化的数值模拟。计算结果表明,
ABAQUS完全适用于此类问题的数值模拟,并且稳定性和收敛性较好。
关键词:饱和土体;孔隙水压;动力响应;ABAQUS
中图分类号:P315.95;TU311.41文献标识码:A

AresearchonsaturatedsoildynamicresponsewithABAQUS

YueQingxia,LiJie
(DepartmentofBuildingEngineering,TongjiUniversity,Shanghai200092,China)

Abstract:Researcheshaveshownthatsoil’sdynamicresponsesanddeformationsmainlydependonthevarianceof
theporepressure.Sotheeffectoftheporepressureriseandtheeffectivestressdecreaseofthesoilshouldbecon2
sidered.InABAQUSaporousmediumismodeledbytheconventionalapproachthatconsidersthemediumasa
multi-phasematerialandadoptsaneffectivestressprincipletodescribeitsbehavior.Inthispaperthefundamen2
talequationsarederivedandthefiniteelementsoftwareABAQUSisadoptedtocalculatethetimehistoryofpore
pressure.Finally,twonumericalexamplesofsaturatedsoilssubjectedtosurfacecyclicloadingarepresentedtoil2
lustratethevalidityofABAQUS.
Keywords:saturatedsoil;porepressure;dynamicresponse;ABAQUS

引言

土体作为一种多孔介质,其在动力荷载作用下的响应非常复杂。因此,在研究中常将它作为两相介质来
处理[12]。在地震或其它形式的循环荷载作用下,土骨架与孔隙水之间相互作用的动力分析成了研究的热点
问题。对于像地震荷载这样的非高频情况,可以采用以固相位移u和孔隙水压力p作为基本变量的u-p形
式进行地震响应求解。大型通用有限元软件ABAQUS具有强大的建模功能、后处理功能以及友好的界面和
二次开发环境,利用ABAQUS可以完成对饱和或非饱和土体的分析。本文即以大型有限元软件ABAQUS为
基础探索了其在饱和土动力分析计算方面的有效性及算法稳定性。

收稿日期:2005-11-13;修订日期:2006-03-15
基金项目:国家自然科学基金委创新研究群体科学基金项目(50321803)
作者简介:岳庆霞(1979-),女,博士研究生,主要从事地下结构抗震可靠度的研究.
3期岳庆霞等:软件ABAQUS在饱和土体动力响应分析中的应用239

1基本理论

一维固结理论最早由Terzaghi(1925)提出,Rendulic(1936)假定在固结过程中总应力不变,从而把它推
广到三维情况。但上述理论没有考虑土骨架与孔隙水运动之间的相互作用,最后得出的固结方程只含孔隙
压力一个变量,其形式与热传导方程或扩散方程一致。
1941年,Biot在考虑了土体骨架与孔隙水的相互作用基础上,建立了严格的固结理论。1956年又把这
一理论推广到动力问题,从而完成了弹性孔隙介质变形理论的基本框架。动力固结方程的第1个有限元数
～
值解法是由Ghaboussi和Wilson(1972)提出的。其后,Zienkiewicz[46]做了大量有意义的工作,现在的研究
大多是以此为基础展开。
Biot动力固结方程可以作为土工分析的基本方程,也称为总控制方程。总控制方程由