用ABAQUS和PLAXIS模擬分析載荷試驗(yàn)的對(duì)比研究

王忠勝（遼寧省有色地質(zhì)一〇五隊(duì)有限責(zé)任公司 遼寧 葫蘆島 125000）

0 引言

在建設(shè)工程中，特別是在鐵路工程建設(shè)中，路基填方壓實(shí)質(zhì)量的檢測(cè)越來(lái)越重要。多年來(lái)，在鐵路工程施工中一直采用密實(shí)度法對(duì)路基填方壓實(shí)質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)、評(píng)價(jià)和控制。但是隨著高速鐵路和高速公路的發(fā)展，對(duì)路基質(zhì)量的要求越來(lái)越高，僅用壓實(shí)密度法對(duì)路基填方壓實(shí)質(zhì)量來(lái)評(píng)價(jià)已很難保證工程質(zhì)量，難以滿足現(xiàn)代化施工的要求。因此，通過(guò)平板載荷試驗(yàn)來(lái)確定和檢測(cè)地基承載力的方法，可以更全面地評(píng)估路基情況，其在實(shí)際中的應(yīng)用也越來(lái)越重要。本文通過(guò)Abaqus分析和Plaxis分析對(duì)平板載荷試驗(yàn)進(jìn)行二維和三維分析，比較兩者分析結(jié)果，通過(guò)對(duì)比，選擇一種較好的軟件分析載荷試驗(yàn)，進(jìn)而提出，在施工前通過(guò)數(shù)值分析來(lái)模擬地基情況，以保證其可靠度。

1 Plaxis理論模擬

在Plaxis模型建立時(shí)，采用二位有限元分析模型，對(duì)于地基土分別采用線彈性模型和摩爾庫(kù)倫模型。

1.1 試驗(yàn)概況

該試驗(yàn)基坑內(nèi)的土層主要物理性質(zhì)指標(biāo)見(jiàn)表1，土層分為5層，均為粉質(zhì)粘土和粘土，載荷板尺寸為1200mm×1200mm×300mm。通過(guò) Plaxis分析載荷試驗(yàn)的地基承載力及沉降問(wèn)題。

1.2 理論模型分析

在建立模型時(shí)，考慮土層3m為有限深度，其地基土參數(shù)見(jiàn)表1，荷載加載等級(jí)見(jiàn)表2，在對(duì)土層的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置后，進(jìn)行模型網(wǎng)格的劃分，其計(jì)算模型以及計(jì)算后的輸出結(jié)果詳見(jiàn)圖1~圖3。

ω γ/% IP深度/m /(kN/m3) ds e ωL/%ωP α1-2Esl-2/MPa 0.0～0.5 15 20 2.7 0.56 26 16.59.5 0.18 9 0.5～1.0 15 20 2.7 0.56 26 16.59.5 0.18 9 1.5～2.0 15 20 2.7 0.56 26 16.59.5 0.18 9 2.0～2.5 15 20 2.7 0.56 26 16.59.5 0.18 9 2.5～3.0 18 20 2.7 0.56 27 15 12 0.11 13/%/(MPa-1)

表2 荷載加載等級(jí)

圖1 有限元計(jì)算模型

土體在加載過(guò)程中土體的總位移如圖2所示。

圖2 土體的總位移趨勢(shì)

土體在加載過(guò)程中破壞后的滑裂面如圖3所示。

圖3 加載后的土體滑裂面

2 Abaqus理論模擬

在Abaqus模型建立時(shí)，采用二位有限元分析模型，對(duì)于地基土分別采用摩爾庫(kù)倫模型。試驗(yàn)概況與土層情況同1.1節(jié)。

在建立模型時(shí)，考慮土層3m為有限深度，其地基土參數(shù)見(jiàn)表1，在對(duì)土層的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置后，進(jìn)行模型網(wǎng)格的劃分，其計(jì)算模型以及計(jì)算后的輸出結(jié)果詳見(jiàn)圖4~圖7。

圖4 模型網(wǎng)格劃分

圖5 模型不同土層的位移

3 理論模擬與實(shí)際實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比分析

在上面兩個(gè)數(shù)值模擬分析的同時(shí)，在試驗(yàn)基坑內(nèi)也進(jìn)行了實(shí)際的載荷試驗(yàn)，載荷板尺寸為1200mm×1200mm×300mm，通過(guò)得出的P-s曲線與理論模擬的曲線進(jìn)行對(duì)比分析（詳見(jiàn)圖6、圖7）。

圖6 Plaxis數(shù)值分析與試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比

圖7 Abaqus數(shù)值分析與試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比

通過(guò)圖6、圖7中數(shù)值模擬分析數(shù)據(jù)與試驗(yàn)數(shù)據(jù)的對(duì)比可以看出，二維軟件Plaxis的分析結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相差較大，雖然土體滑裂面與實(shí)際較相符，但最終沉降有所不同。不過(guò)Plaxis軟件得出的地基承載力特征值與試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析相符，后面加載導(dǎo)致P-s曲線不同的原因可能是土層參數(shù)設(shè)置較為保守，再者是滲透系數(shù)設(shè)置較大造成的，可適當(dāng)調(diào)節(jié)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算；而對(duì)于Abaqus數(shù)值分析，分析過(guò)程中采用摩爾庫(kù)倫模型，模擬過(guò)程中需要的參數(shù)均可通過(guò)土工試驗(yàn)得到，能更好地模擬實(shí)驗(yàn)，而且從圖7數(shù)值分析數(shù)據(jù)與試驗(yàn)數(shù)據(jù)的對(duì)比，可以看出模擬效果較好。

通過(guò)Abaqus分析，可以得到各個(gè)土層的位移情況，土層的壓密情況，從圖5、圖7中可以看出，載荷板下1.5m深度范圍內(nèi)土層位移均較大。

4 結(jié)語(yǔ)

（1） 在采用數(shù)值模擬平板載荷試驗(yàn)結(jié)果時(shí)，數(shù)值分析過(guò)程中土工參數(shù)的選擇應(yīng)在實(shí)際土工參數(shù)的基礎(chǔ)上要盡量保證均勻。模擬和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)有些差距，當(dāng)土層分得更詳細(xì)，土體的參數(shù)更符合現(xiàn)場(chǎng)的情況下，模擬的效果會(huì)更好；

（2） ABAQUS和Plaxis軟件中可采用 Mohr-Coloumb模型，及ABAQUS中酷似goodman單元的庫(kù)侖摩擦單元模擬天然地基作用。

（3） 基于Plaxis、ABAQUS對(duì)天然地基平板載荷試驗(yàn)進(jìn)行的模擬，得出了較好的模擬效果，基本能模擬出現(xiàn)場(chǎng)的P-s曲線；

（4）在實(shí)際工程中通過(guò)載荷試驗(yàn)確定地基承載力時(shí)，可以先通過(guò)數(shù)值分析的方法進(jìn)行模擬，雖然模擬結(jié)果與實(shí)際試驗(yàn)數(shù)據(jù)果會(huì)因土工參數(shù)、邊界條件等產(chǎn)生差別，但基本定性的結(jié)果和一些定量的結(jié)果是有的。

（5） 通過(guò)Plaxis與Abaqus的數(shù)值分析比較，Abaqus分析與實(shí)際結(jié)果更接近，而且是三維模式下的數(shù)值分析，更能體現(xiàn)出實(shí)際工程中對(duì)一些沉降位移的規(guī)律，Abaqus比Plaxis的模擬效果要更好。而Plaxis軟件更適合土以及樁的沉降模擬。