案例：竖向荷载作用下饱和地基土体的孔压和变形场分布规律 1.地基表面作用大面积连续均布荷载时可认为满足一维固结的假设（如工况1所示）；当荷载作用面积有限时则如工况2所示。假设饱和地基土体可由弹性模型描述，弹性模量E=50 MPa，泊松比ν =0.30，渗透系数 k = 1×10-4 m/s。忽略土体自重应力，地表均布100 kPa竖向荷载。除地表为透水边界外，其他边界均不透水。底部边界的水平和竖向位移固定为0，侧边界水平位移固定0。试采用数值模拟软件计算平面应变条件下：1）荷载作用100 s内，两种工况中10 m和20 m深度不同点处的孔压时程规律。2）荷载作用100 s后，两种工况中地基的变形场。 解答过程: 2.工况二 2.1绘制草图 打开 Abaqus 后，创建一个新的 Standard/Explicit 模型，接下来在作业区模块中选择Sketch，并点击创建草图按钮，便进入了绘制草图的界面。根据真实地形确定数值计算模型边界线上各个点的坐标，并将它们依次相连便得到了边界线草图，如图 2-1 所示。然后点击完成就结束了草图的绘制，草图将被保存下来。 图 2-1 数值模型边界线草图 2.2创建模型 在得到边界线草图后，我们来创建实体模型，在作业区模块中选择Part，并点击创建部件按 钮，Abaqus 弹出对话框来确定创建模型的类型，我们选择二维平面上的可变形壳模型,如图 2-2 所示，我们便进入了编辑部件的界面。 图 2-2 Abaqus 生成模型步骤示意图 如图 2-3 所示，我们进入了二维平面上模型的创建窗口，点击打开草图按钮，选择我们已经绘制完成并且保存了的草图，这样我们刚才绘制的边界线草图就被打开了。接下来再点击工作区左下角的完成和确定按钮，我们的二维模型就被创建完成了。 图 2-3 选择已保存的草图 2.3指派材料 Abaqus 给模型指派材料主要三个步骤，首先创建模型中含有的材料，然后创建材料附属的截面，最后将截面指派到模型中的指定区域。我们在作业区模块中选择属性，如图 2-4 所示，左侧按钮从上至下依次是创建材料、创建截面和截面指派。 图 2-4 Abaqus 指派模型的材料 点击创建材料，弹出编辑材料的对话框，如图 2-5 所示，我们只需要在这里修改材料的名称，材料的参数到 FSSI 中去设置。这里需要注意的是在 Abaqus 的操作中，所有命名的操作都需要采用英文的命名，不然会导致输出文件的输出错误。 图 2-5 创建并编辑材料 材料创建完成后，点击创建截面的按钮，弹出创建截面的对话框，这里我们将截面命名与材料名称保持一致，选择实体均质的截面类型，如图 2-6 所示。点击继续后，编辑截面的对话框让我们选择截面对应的材料，我们根据名称选择对应的材料，让截面名称与材料名称保持一致，便于输出文件的写出。 图 2-6 创建并编辑截面 截面与材料一一对应创建完成后，进行截面指派的操作，点击截面指派按钮后，在工作区下面对指派的模型区域进行命名，名称还是与材料名称保持一致，如图2-7所示。点击确定后，这个区域就完成了材料的指派，完成材料指派的区域会变成绿色，如图2-8所示。此外，要注意选中模型才能完成指派操作，不然模型不会变绿。 图 2-7 截面指派操作截面 图 2-8 截面指派完成截面 2.4网格划分 作业区模块选择Mesh，左侧工具栏有一系列网格划分的工具。Abaqus 网格划分主要分为三个步骤，首先布置种子，其次控制网格属性及类型，最后生成网格。如图2-9所示。 图 2-9 Abaqus 数值模型网格划分 点击种子部件按钮之后，弹出全局种子布置的对话框，如图 2-10 所示，我们可以通过它来控制网格的尺寸。点击确定之后，我们可以看到种子已经布置到模型的各个边上。 图 2-10 全局种子控制 种子布置完成后，点击网格控制属性按钮，弹出控制属性对话框，如图 2-11 所示，可以对划分网格的单元形状、划分技术以及算法进行设定。控制属性设定完成后，点击确认。 图 2-11 网格属性控制 接下来对单元类型进行指派，选中整个模型，如果没选中即无法出现以下操作。点击按钮后，在弹出的对话框中，我们可以对单元的库以及单元的几何阶次等等进行控制。这里为了计算结果更加的准确，我们选择高精度的 CPS8R 单元类型，如图 2-12 所示。 图 2-12 网格单元类型指派 一系列操作完成后，就可以点击网格划分按钮，对模型的整体进行划分网格了。如图 2-13 所示，模型已经按照我们的设定完成了网格的划分。 图 12-13 Abaqus 网格划分完成 2.5生成输出文件 之前的网格以及材料操作都是在部件上进行的，我们想要这些信息输出，就需要将部件进行装配。作业区模块选择Assembly，点击左侧工具栏中的生成实例，如图 2-14 所示，我们选择之前操作的部件，点击确认。 图 2-14 Abaqus 实例装配 装配完成后，将工作区模块选择到Job，点击创建作业按钮，弹出编辑作业的对话框，我们不需要在这里设定信息，直接点击确认。然后点击作业管理器按钮，在弹出的管理器对话框中，我们可以看到刚创建的作业，如图 2-15 所示，选定它并点击右侧的写入输入文件按钮，这样就将模型的网格材料等信息写入了 input 文件中。 图 2-15 Abaqus 创建输出文件作业 2.6导出背景线草图 我们在 FssiCAS 中进行边界条件的设定时，有背景线将会容易操作。所以我们将 Abaqus 中模型的背景线导出来，依次点击File—Export—Part，如图 2-16 所示，选择需要的草图，最后点击确认就可以将草图导出了。 图 2-16 Abaqus 导出背景线草图 3 FssiCAS数值计算 3.1导入网格及背景线 打开 FssiCAS 数值计算软件，我们首先导入 Abaqus 划分的网格文件，也就时导出的 input 文件，找到文件后点击确定，F.Order选择1，因为题目是饱和土基，如图 3-1 所示。 图 3-1 草图导入完成截面 导入网格文件后，为了方便对数值模型添加边界条件，我们需要将从 Abaqus 导出的背景线导入进来，如图 3-2 所示。 图 3-2 背景线导入流程截面 3.2添加边界条件 需要将几何模型的边界条件设置为：左右两侧的边界设置为 X 方向位移固定，底部边界设置为 X、Y 方向位移均固定，顶部边界设置前10m施加100Kpa，如图3-3和3-4所示。 图 3-3 背景线导入完成截面 图 3-4 荷载施加截面 3.3设置材料参数 在前处理界面正上方的工具栏中，点击设置材料属性和参数的功能按钮 Material，在工作区中用鼠标左键点击模型，然后在弹出的窗口中选择线弹性本构模型，并输入属性参数，点击 OK，即可设置材料属性和参数，如图 3-5所示；杨氏模量为 5e7 ，泊松比 0.，渗透率 1e-4 ，其他设置不变，如图 3-5 所示。 图 3-5 材料参数设置截面 3.4水动力边界条件设置 在前处理界面上 Model 树状菜单栏里的 Hydrodynamics 中，点击 Stokes Wave，如图3-6所示。在点一点Uniform Acceleration Field，然后直接点确认。 图 3-6 Stokes Wave参数设置截面 3.5设置求解器类型 在前处理界面上 Model 树状菜单栏里的 Solver 中，点击 Solver Type，在弹出的对话框中设置求解器类型，求解器设置为 Static（Static 表示与时间无关的静态，为了获得初始状态最好用 static 求解器），并进行相关属性参数设置，如图 3-7 所示。 图3-7 Solver设置截面 3.6设置时间步 通过点击 Time step 中 step 1 下面 Sub_step 1 设置时间步，具体设置参数如图 3-8 所示。 Simulation Time (s)为计算总时间，设置为 100 s；Interval for Time Steps (s)为时间步长，设置为 0.1 s；Interval for Updating Coordinate (s)为坐标更新时间，设置为 100.1 s（大于计算总时间，意为 不更新坐标）；Interval for Updating Global Stiffness Matrix (s)为刚度矩阵更新时间，设置为 100.1 s（不 更新刚度矩阵）；Maximum lterations 为每个时间步最大迭代次数，设置为 10 步；Restart File Output Interval (s)为输出重启文件的时间，设置为 100.1 s（不生成重启文件）；Results File Output Interval (s) 为输出某一时刻所有节点/高斯点上的位移、应力、应变等结果文件的时间间隔，设置为每 1 s 输出一次结果文件；Results Output 为选择输出节点上的结果；History Output Interval (s)为输出特 定的节点或单元上的应力、应变等结果文件的时间间隔，设置为每 1 s 输出一次 0.1 s（意为不 输出）。α，β1，β2 为时间系数，保持默认值即可。可在 Results Sequence 中选择输出流速、流 线图，每一步均需要选择。
图3-8时间步设置截面 3.7设置初始条件 在前处理界面上 Model 树状菜单栏中，点击 Initial State，点击 OK，即可完成 Step 1 初始状态设置，如图 3-9 所示。 图3-9初始条件设置截面 3.8计算并保存 点击在前处理界面上 Model 树状菜单栏里 Computation 中的 FSSI-W，或者在前处理界面正上方的工具栏 2 中的 WriteCalculate 功能按钮，点击 All step，保存当前项目，开始计算，如图 3-10 所示。 图3-10运行设置截面 3.9绘制分布图 点击 FssiCAS—Postprocess—Distribution，可以选择绘制位移、孔压等计算分布图。例如，点击树状菜单里中的 Displacement，在界面上方工具栏选择 Displacement X，输入想要查看的时间步点击回车，即可绘制 X 方向的位移分布图。选择 Displacement Y，可绘制 Y 方向位移图，如图 1-25 所示。点击左右按键，可查看每个时间步的位移变化。结果如图3-11、12、13、14、15和16所示。 图 3-11 Displacement X 结果截面 图 3-12 Displacement Z 结果截面 图 3-13 Displacement 结果截面 图 3-14 Displacement Vector 结果截面 图 3-15 10m处Pore Pressure 结果截面 图 3-16 20m处Pore Pressure 结果截面 4.工况一 工况一的解答过程和工况二几乎是一样的，区别就在于建立的模型不一样，但操作的原理和工况二是一样的，而且施加竖向荷载的力的条件比工况二还简单。其他边界条件等的设置和工况二是一样的，请参照工况二进行设置。工况一的结果如图4-1、2、3和4所示。 图 4-1 Displacement X 结果截面 图 4-2 Displacement Z 结果截面 图 4-3 10m处Pore Pressure 结果截面 图 4-4 20m处Pore Pressure 结果截面
