用ABAQUS和PLAXIS模擬分析載荷試驗的對比研究

王忠勝（遼寧省有色地質一〇五隊有限責任公司 遼寧 葫蘆島 125000）

0 引言

在建設工程中，特別是在鐵路工程建設中，路基填方壓實質量的檢測越來越重要。多年來，在鐵路工程施工中一直采用密實度法對路基填方壓實質量進行檢測、評價和控制。但是隨著高速鐵路和高速公路的發(fā)展，對路基質量的要求越來越高，僅用壓實密度法對路基填方壓實質量來評價已很難保證工程質量，難以滿足現(xiàn)代化施工的要求。因此，通過平板載荷試驗來確定和檢測地基承載力的方法，可以更全面地評估路基情況，其在實際中的應用也越來越重要。本文通過Abaqus分析和Plaxis分析對平板載荷試驗進行二維和三維分析，比較兩者分析結果，通過對比，選擇一種較好的軟件分析載荷試驗，進而提出，在施工前通過數(shù)值分析來模擬地基情況，以保證其可靠度。

1 Plaxis理論模擬

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

1.1 試驗概況

該試驗基坑內的土層主要物理性質指標見表1，土層分為5層，均為粉質粘土和粘土，載荷板尺寸為1200mm×1200mm×300mm。通過 Plaxis分析載荷試驗的地基承載力及沉降問題。

1.2 理論模型分析

在建立模型時，考慮土層3m為有限深度，其地基土參數(shù)見表1，荷載加載等級見表2，在對土層的參數(shù)進行設置后，進行模型網(wǎng)格的劃分，其計算模型以及計算后的輸出結果詳見圖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

圖1 有限元計算模型

土體在加載過程中土體的總位移如圖2所示。

圖2 土體的總位移趨勢

土體在加載過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，采用二位有限元分析模型，對于地基土分別采用摩爾庫倫模型。試驗概況與土層情況同1.1節(jié)。

在建立模型時，考慮土層3m為有限深度，其地基土參數(shù)見表1，在對土層的參數(shù)進行設置后，進行模型網(wǎng)格的劃分，其計算模型以及計算后的輸出結果詳見圖4~圖7。

圖4 模型網(wǎng)格劃分

圖5 模型不同土層的位移

3 理論模擬與實際實驗數(shù)據(jù)對比分析

在上面兩個數(shù)值模擬分析的同時，在試驗基坑內也進行了實際的載荷試驗，載荷板尺寸為1200mm×1200mm×300mm，通過得出的P-s曲線與理論模擬的曲線進行對比分析（詳見圖6、圖7）。

圖6 Plaxis數(shù)值分析與試驗數(shù)據(jù)對比

圖7 Abaqus數(shù)值分析與試驗數(shù)據(jù)對比

通過圖6、圖7中數(shù)值模擬分析數(shù)據(jù)與試驗數(shù)據(jù)的對比可以看出，二維軟件Plaxis的分析結果與實驗結果相差較大，雖然土體滑裂面與實際較相符，但最終沉降有所不同。不過Plaxis軟件得出的地基承載力特征值與試驗數(shù)據(jù)分析相符，后面加載導致P-s曲線不同的原因可能是土層參數(shù)設置較為保守，再者是滲透系數(shù)設置較大造成的，可適當調節(jié)參數(shù)進行計算；而對于Abaqus數(shù)值分析，分析過程中采用摩爾庫倫模型，模擬過程中需要的參數(shù)均可通過土工試驗得到，能更好地模擬實驗，而且從圖7數(shù)值分析數(shù)據(jù)與試驗數(shù)據(jù)的對比，可以看出模擬效果較好。

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

4 結語

（1） 在采用數(shù)值模擬平板載荷試驗結果時，數(shù)值分析過程中土工參數(shù)的選擇應在實際土工參數(shù)的基礎上要盡量保證均勻。模擬和現(xiàn)場試驗有些差距，當土層分得更詳細，土體的參數(shù)更符合現(xiàn)場的情況下，模擬的效果會更好；

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

（3） 基于Plaxis、ABAQUS對天然地基平板載荷試驗進行的模擬，得出了較好的模擬效果，基本能模擬出現(xiàn)場的P-s曲線；

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

（5） 通過Plaxis與Abaqus的數(shù)值分析比較，Abaqus分析與實際結果更接近，而且是三維模式下的數(shù)值分析，更能體現(xiàn)出實際工程中對一些沉降位移的規(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。