土木建筑行业简介

土木建筑结构工程作为最早期的工程学科之一涵盖着相当广泛的科学技术领域。从土木建筑、桥梁结构、水工结构，到公路、隧道、地下工程等方面都离不开结构的设计与计算分析。

土木工程是有限元分析应用的一个重要领域。土木工程设备的强度、寿命和可靠性分析以及钻探、挖掘、采矿，施工等过程的力学仿真是结构工程领域中很深入、复杂并极具挑战性的课题，需要多门学科的理论和方法的综合应用。针对土木领域关注的各种线性非线性力学问题SIMULIA有针对性的提供了相应的有限元分析解决方案。SIMULIA的有限元分析能力已经被全球各大建筑设计单位所检验并得到了广泛的认可。

本构模型是保证分析结果正确性的关键因素，ABAQUS 提供了众多的岩土材料本构模型，弹性方面有各向同性线性弹性、各向同性孔隙介质弹性（非线性弹性），各向异性损伤弹性（非线性弹性，主要用于混凝土或节理材料）；塑性方面有压应力无关的开口屈服面准则（Mises准则），压应力相关的开口屈服面准则（Drucker-Prager模型、Mohr-Coulomb 模型），闭口屈服面准则（剑桥模型、帽盖Drucker-Prager模型），多屈服面准则（用于节理材料）。可以适用于从黏土、沙土到岩石的各种岩土材料。

计算模拟在这一领域起步最早、发展最快。国外大型模拟软件大都是从满足结构计算开始的。目前，数值模拟在建筑结构行业发展的相当成熟，不仅有大量的通用模拟软件、而且还有众多的针对某个专业需求的数值模拟软件可供选择。但目前结构工程数值模拟方面主要的困难表现在以下两个方面：一是物理场耦合分析开发的难度大，很多方面工作才刚刚起步，如热舒适环境优化设计与火灾热影响分析、车辆桥梁耦合分析、风桥耦合非线性分析、海洋结构海浪冲击-海水腐蚀共同作用分析等。二是和建筑结构紧密相连的地基与基础建模分析，国内外的很多工程往往因为地基和基础处理的不正确而导致建筑结构工程的失效和破坏。万丈高楼平地起，地的问题很复杂，性质多变，在计算模拟上通过模型把握有不小的困难，需要综合考虑的因素很多，这对计算模拟也提出了很大的挑战。   

 有限元在施工中的应用

（1）土坝施工、快速降水及抗震分析

当土体的坡度小于一定值时，土坝的结构取决于土体保持稳定的能力。但是在一定的载荷情况下，土体的稳定性要做折衷处理，在设计过程中要考虑到这些载荷情况。

a、问题描述

该大坝是二维模型，即假设为平面应变情况。大坝从地平面起算的高度为55m，底部宽度为245.2 m。向上变窄，顶部宽度为12 m。大坝的中间粘土芯体底部宽度为 28 m，向上变窄，顶部宽度为6m。大坝的基础置于地水准平面以下 10 m，基础位于 10.667 m 厚的风化岩石层上，覆盖在坚硬的岩石基础上。基于分析的目的，假设坚硬的岩石延伸到地水准平面以下 90 m，并且在模型上施加这个深度的相应的边界条件。基础、风化岩石和坚硬岩石的整体宽度设定为 550 m，并且在这个位置上施加模型垂直边缘的相应的边界条件。

b、施工模拟

分析过程：在第一阶段，去掉大坝各单元，将岩石层在地压或重力作用下的变形进行建模。在每个阶段加入新的填筑层。为了简化分析，假设每层在重力作用下的变形较小，下一层可以按未变形的形状加入到分析中。在填筑每一层时可以进行瞬时固结分析。

Step3的Mises应力

c、蓄水模拟

所有三层构筑完成后，水坝分三个阶段蓄水：第一阶段，蓄水深度为地水准平面以上21 m；第二阶段，蓄水深度为地水准平面以上40m；第三阶段，蓄水深度为地水准平面以上50m；每一阶段需要30天；蓄水结束后的稳态过程。

蓄水结束后稳态孔压分布

d、快速降水模拟

分析水库中的水在7小时内全部放干，土坝的应力、孔压等的变化情况。

            水位快速下降后的孔隙压力分布

e、抗震模拟

相对于典型的孔隙水的渗透来说，地震发生在非常短暂的时间内。所以，在地震期间小孔压力的再分布可以忽略掉。因为地震的载荷是动态的，所以应该考虑全部的惯性力，包括土坝内孔隙中流体和水库中水的影响。在本分析中，要考虑大坝内孔隙中水的惯性力，但水库中水的惯性力在分析中不予考虑。对于大坝内孔隙中的流体，只有低于侵润线以下的流体包括在惯性力内。包括这些惯性力，这里计算位于土体内节点上的用户定义单元的点网格，还包括动态分析中的单元的影响。

     土坝地震响应分析液化区域判断