在MIDAS中,材料特性中拥有三个不排水特性,默认选择的是排水特性,选择下方不排水特性时,对应的刚度与强度参数类型在括号内已注明。
我们知道,材料不排水时,会产生超孔隙水压力,其p-q线也和排水实验材料不一样,这一点可以在土力学课本中有对应描述。在有限元模拟中,怎么模拟出不排水的特性呢?
以最简单的摩尔库伦本构为例子,选择其排水参数为“不排水(有效刚度/有效强度)”,模拟三轴不排水实验,在MIDAS中建立一个尺寸为1×1的单元的轴对称模型,初始阶段设置水位在模型顶部,并为了模拟三轴试验的围压,给出100Kpa压力在模型上部与右侧,后续为了模拟偏应力,可以采用应力加载或者应变加载,本次采用应变加载。
本构参数选项
施工阶段
假定这个模型是为了模拟“固结不排水CU”试验,那么在初始固结的施工阶段排水条件良好,为了模拟不排水行为,还需要在后续不排水加载施工阶段的分析控制中勾选“允许不排水材料”,
分析控制
在结果查看中,为了查看偏应力与应变的曲线,可以直接提取S-max shear-步骤结果,这里的max shear实际为“(σ1-σ3)/2”,对应于莫尔圆中的半径,应变加载的强制位移为100mm,分成40步加载,实际每一步的应变为0.0025,用MIDAS直接生成曲线
不排水实验曲线
前述说过,在不排水剪切试验中会产生超孔隙水压力,直接提取Excess pore pressure与应变的曲线绘图如下。对应于土力学课本中中密砂土的孔隙水压力曲线。
但是每一个本构或者模型都去单独建立模型会有较大工作量,MIDAS的土工试验助手可以直接模拟出这些结果。选择好对应的加载形式,加载方法,加载本构以后,瞬间就得到计算结果。比如上述提取的偏应力应变曲线,孔隙水压力-应变曲线,也可以直接查看其他曲线,比如摩尔应力圆曲线,p-q线等。
所以利用土工试验助手可以看目前输入的参数在不同围压,或者不同参数的情况下的力学效应是什么样子,比如我选择围压分别为100kPa-200kPa-300kPa下的体积应变与竖向应变的曲线,对应于土力学课本中下半段的曲线。