岩土分析
与某些结构分析软件不同,LUSAS Civil & Structural Plus 和 LUSAS Bridge Plus 软件产品在配合相应的岩土、非线性、动力以及热/场分析软件模块使用时,提供一系列面向岩土工程和通用结构工程的分析工具,能够在单一模型中对地基与结构同时进行二维或三维有限元建模。
每个模型均可执行多种分析类型,结合先进的线性和二次单元库、高级材料本构模型,以及线性和非线性结点模型,能够有效求解各类土–结构相互作用工程问题。
软件选项-桥梁Plus和土木&结构
典型应用
LUSAS 广泛应用于土木、结构和桥梁工程的各个领域,可进行线性、非线性、地震、爆炸、屈曲、冲击以及温度/场分析。适用于各类结构,从简单的楼板、建筑、塔架、储罐和桥梁,到大型土木工程结构,如大坝、码头和隧道。其通用岩土工程及土–结构相互作用功能包括:
无需使用岩土工程模块即可使用
l 采用二维/三维弹簧进行土–结构相互作用建模
l Tresca 材料模型
l 三线土压力模型
l 嵌入式桩的材料分层定义
l P-y 曲线、t-z 曲线和 Q-z 曲线
l 重置变形功能:可在保留与初始地应力平衡相对应的应力分布的同时,将几何形貌恢复至未扰动的地层原始形状。
LUSAS 土木&建筑 Plus 和 LUSAS 桥梁 Plus 软件中提供的岩土工程功能(无需额外岩土模块即可使用)包括:
l 采用二维/三维连续体单元进行土体建模
l 多种本构模型:邓肯-张、霍克-布朗、修正剑桥黏土模型、摩尔-库伦、修正摩尔-库伦、德鲁克-普拉格、Tresca,以及用于摩尔库伦 摩擦界面和弹塑性界面的接触面材料模型
l 双相(固–液耦合)材料属性
l 强度折减法(φ–c reduction),适用于 Mohr-Coulomb 和 Hoek-Brown 模型
l 初始侧压力系数(K₀)初始化
l 孔隙水压力建模,支持排水、不排水及潜水面条件
l 排水/吸湿曲线
l 水压力分布荷载
l 孔隙水压力通量荷载
l 孔隙水压力边界条件:自由、封闭、渗流、排水等类型
l 非反射/吸收边界条件
l 黏滞支承荷载(用于模型中的非反射/吸收边界)
在 LUSAS 土木 & 结构 Plus 和 LUSAS 桥梁 Plus 软件中,除前述相邻栏所列全部功能外,配合岩土工程模块(岩土选项)还可启用以下高级功能:
需配合岩土工程模块使用方可使用
l LUSAS 模型采用基于特征的几何方法(点、线、面和体)创建,LUSAS 建模器的一项关键特性——内置关联性,可确保当模型几何发生修改时,所有已指定的荷载、支座、网格及其他属性均自动更新以适应变更。
l CAD 导入/导出功能支持从 DXF 文件导入点和线数据;通过 IGES/STEP 接口导入点、线、面和体;以及通过 STL 导入三角化曲面数据。类 CAD 的绘图工具提供一系列建模功能,例如复制、旋转、缩放、变换、拉伸等
l 在二维建模中,可由地形点数据生成样条曲线,并通过扫掠创建地层。可通过边界点和线定义曲面,并扫掠以定义土体。结构与土体构件可分组用于建模目的。在三维建模中,平面或曲面可扫掠以创建多个实体,而求交与布尔减运算命令可用于切割实体或创建空腔。
l 自动二维网格划分(使用四边形/三角形单元)和三维网格划分(使用四面体/五面体/六面体单元)可加速建模过程。软件提供多种网格细化方法。
建模
l 可计算初始应力状态(提供 K₀ 数据)并将其应用于任意地层剖面。
l 本构土体模型包括 摩尔-库伦、修正剑桥黏土、Tresca、Von Mises、德鲁克-普拉格、邓肯-张 和 霍克-布朗。
l 可为选定材料添加双相材料属性,以模拟不排水/完全饱和及完全排水/非饱和多孔介质的变形行为,以及缓慢固结过程。对于部分排水材料,也可指定排水和吸湿曲线。
l 可定义潜水面高程,以在已知地下水位的情况下确定孔隙水压力。可根据孔隙率和渗透系数确定这些位置之间的水位和压力。也可根据测压管读数或钻孔数据定义孔隙压力。
l 通过定义土层剖面变化来模拟土体性质随深度的变化,LUSAS 可在指定位置之间进行插值。
l 非线性弹簧用于模拟主动/被动土结点。界面网格允许连接土体与结构。可考虑接触的建立/丧失以及侧摩阻力。
l 可在三维模型中指定一个属性矩阵,以表示位于群桩之上的承台。
l 三线(主动/被动)土压力结点材料向导简化了多种土–结构相互作用问题的建模,可创建随深度变化的分段线性结点材料属性。可定义多个属性以表示不同土层,或因水的存在引起的性质变化。
l 可采用 φ–c 折减分析,评估采用 摩尔-库伦 或 霍克-布朗 材料模型所表示土体的稳定性及安全系数。
l 可使用时间相关荷载进行冲击或时程分析,并使用非反射边界将能量传出子模型,以更真实地模拟响应和干扰效应。
l 可在三维模型中指定一个属性矩阵,以表示位于群桩之上的承台。
l 可使用分支分析,在不终止求解的情况下研究施工多个阶段的安全系数。
l 施工顺序建模——涉及开挖/施工过程中临时支撑构件(如支撑杆、千斤顶等)的安装与拆除;
l 路堤/边坡稳定性评估,以及因临时开挖对邻近结构造成的稳定性校核;
l 基坑回填及明挖回填式隧道结构分析;
l 沉降与固结分析,包括孔隙水压力建模;
l 非饱和多孔介质中部分饱和流体流动的降水与渗流模拟,例如土石坝中水流渗漏问题,其中潜水面位置是关注重点;
l 模态分析与时程动力分析,可考虑材料阻尼、非线性行为、土体塑性、边界特性以及弹簧/阻尼器;
l 土–结构相互作用分析,包括打桩冲击对邻近建筑物的振动影响评估,以及建筑物对铁路隧道运行所引发振动的响应分析;
l 单桩及群桩的侧向位移分析;
l 整体式桥梁(Integral bridges)分析
依赖的软件模块
使用岩土工程(Geotechnical)软件模块时,根据所进行的建模类型,可能需要同时具备以下一个或多个其他软件模块的访问权限:
l 非线性分析(Nonlinear Analysis)
l 动力分析(Dynamic Analysis)
l 温度/场分析(Thermal / Field Analysis)