ADINA固结渗流处理方法及案例

ADINA在固结渗流中的应用ADINA成都代表处名称专注非线性求解；专注动力问题求解；专注多场耦合问题求解；开创性的工作；专利技术。FocusedOnExcellence！软件构成ADINA-AUI：前后处理模块ADINA-M：Parasolid建模模块ADINA-Structures：结构分析模块ADINA-Thermal：热分析模块ADINA-TMC：热/结构耦合分析模块ADINA-CFD：计算流体动力学（CFD）求解模块ADINA-FSI：流体/结构耦合分析模块ADINA-Transor：包括各种专用接口；ADINA是一个多物理场求解的有限元系统，由多个模块组成：ADINA两大优势主要体现在结构非线性和流固耦合方面ADINA在岩土分析中的关键技术除常用材料模式外，ADINA还提供了多种专门用于土木工程领域的材料模式：结构分析岩土本构莫尔库仑、DP模型邓肯模型(E-B,E-

)弹粘塑性流变模型、时间相关模型岩体徐变Lubby2模型Concrete、CreepConcrete多孔介质属性其它材料－剑桥模型、试验曲线输入流变系数/西原/冻土等常用的六参数岩体徐变模型各种混凝土…粘土模型非线性弹性模型土体的固结、沉降计算ADINA求解岩土工程问题的关键技术状态非线性结构分析接触单元生死多孔介质属性无需输入接触刚度结果无人工因素影响库仑摩擦接触压力相关算法各向异性算法温度相关算法…(供12种)用户开发的Goodman算法Lagrange乘子算法摩擦算法施工模拟流固耦合ADINA求解岩土工程问题的关键技术水渗透性刚度矩阵在某一时刻突然变化，导致收敛性的困难。土建工程中很多问题都会涉及到状态非线性：几何非线性结构分析大变形分析－大位移、大转动大应变分析ULJformulationUpdatedLagrangianHencky,moreeffectiveinimplicitsolutions小变形理论ADINA求解岩土工程问题的关键技术针对于土木工程领域的专门的单元算法：结构分析框架结构计算专用算法梁、柱、板壳单元算法刚性节点/有限刚度节点/铰非线性弯矩－曲率梁模型（M－

）实体、板壳的过渡单元Rebar加强筋算法框架结构非线性分析（塑性铰）模拟混凝土构件中的钢筋，岩土中的锚杆ADINA求解岩土工程问题的关键技术非线性索单元（承受拉力，不承受压力）离散单元（质量、弹簧、阻尼）

实体－壳过渡单元非线性索单元算法ADINA求解岩土工程问题的关键技术弯矩曲率梁算法及其应用

弯矩－曲率、转矩－转角轴力相关，拉压区别多线性（屈服、发展、破坏）直接输入试验曲线，可指定卸载路径可直接定义刚性连接

可计算结构的大变形、屈曲、加载滞回曲线，获得梁的曲率分布、塑性铰区大小

常用与PushOver和动力抗震分析界面模拟结构分析Contact界面General界面（层）单元软弱夹层法向采用lagrange算法切向的特性可以任意指定任意指定单元各个方向的刚度非线性间隙单元专用的单元算法ADINA求解岩土工程问题的关键技术针对岩土工程中涉及到的岩土裂隙的问题，ADINA提供了多种处理方法：工艺模拟岩土分析施工过程处理锚杆、锚索支护开挖、填充…单元生死技术，可以考虑时间效应提供专用的Rebar单元ADINA求解土建工程问题的关键技术ADINA提供了单元生死功能可以进行岩土工程中施工过程的模拟：求解结构非线性问题的关键技术结构分析静力瞬态动力模态计算频域分析子结构断裂力学大尺度计算静裂纹、动力裂纹扩展分析耦合温度、环境压力、加速度影响谐波相应、响应谱、随机振动流固模态、接触模态、周期结构模态…隐式积分算法（Newmark-Beta，Wilson）、显式积分算法（中心差分）、复合时间积分算法（Composite）电磁效应无限远边界借用势流体本构提供的Infinite边界算法土建工程分析类型框架结构线性、非线性、抗震基坑开挖，地下施工岩土渗流土体固结隧洞、厂房…空隙水与土体骨架相互作用结构冲击显式全积分算法高层建筑、桥梁、网架、膜结构等结构与流体相互作用风振、波浪、储运…结构与土相互作用地应力处理、界面处理ADINA求解土建工程问题的关键技术CFD求解功能低速流动、高速流动（可压缩/不可压缩）有限单元、控制体积解法移动边界、旋转边界热耦合质量传递、扩散多孔介质中流动流动模型（层流、湍流、大涡模型）风扇模型各种求解器SparseMultigridGRMRESBiconjugatGradientAMG（1）AMG（2）Explicit复杂边界条件Gap边界、Friction边界透明介质辐射，射线示踪算法流场中电磁效应ADINA求解土建工程问题的关键技术ADINA提供了一个完善的CFD求解功能流固模型处理流固耦合求解结构、流体分开建立模型；流体与结构网格独立，并有公差许可；ADINA求解土建工程问题的关键技术流固耦合求解控制方程--displacementsuinthestructuraldomain--displacementsdofthefsiorfreesurfaceboundary--velocitiesvandpressurepinthefluiddomainGoverningequations:F(u,d,v,p,t)=R(t)--CompatibilityalongthefsiboundaryVelocityDisplacement（Compatibility&Drag）--Equilibriumofforces--Theconstitutiverelationsinthedomains流固耦合求解ADINA流固耦合特色：ADINA求解土建工程问题的关键技术流体分析类型风力、风环境模拟多孔介质中的流动物质在流体中的扩散地下水流动污染浓度、扩散ADINA求解土建工程问题的关键技术室内通风、室外风环境…结构与流体相互作用风振、波浪、储运…传热、对流换热空调降温、换热器…

用ADINA的流体功能及流固耦合功能可以求解的土木工程方面的问题包括：流场中的膜结构一个面、两侧都有流体ADINA求解渗流问题的技术与应用ADINA求解渗流问题的关键技术ADINA是一个多物理场分析系统，包括ADINA结构模块(ADINA-Structures)、ADINA流体模块(ADINA-CFD)和ADINA热模块(ADINA-Thermal)，以及耦合求解模块。分别用来分析结构问题、流体问题、热问题以及相互耦合问题。针对渗流问题，根据所关心的问题不同，可以采用四种方法：

1.若只关心稳态渗流速度和浸润面形状，可以采用ADINA热模块求解。采用这种方法是根据渗流方程与温度方程相同的原理，用温度场的求解方法，采用热传导单元来求解渗流问题；2.另一种方法是利用ADINA流体模块中的多孔介质材料来分析渗流问题，利用求解流体控制方程的方法得到瞬态渗流速度、流网分布等；3.第三种方法是采用ADINA结构模块的porous材料特性求解渗流问题，其特点是可以得到土中孔隙水压力与土体本身应力场耦合的结果，但是无法得到水的渗流速度等结果。4.采用流固耦合的方法可以结合上述第二种方法和第三种方法，即可以得到瞬态渗流速度、流网分布等，又可以得到土中孔隙水压力与土体本身应力场耦合的结果。（PFSI）利用ADINA-Thermal进行稳态渗流分析水头分布渗流速度分布利用ADINA热模块进行渗流分析重力拱坝渗流分析有限元模型浸润面形状渗流速度利用ADINA热模块进行渗流分析ADINA-ThermalSeepageMat.利用ADINA热模块进行渗流分析稳态渗流速度利用ADINA-CFD进行瞬态渗流分析非稳态渗流的计算（浸润面随时间变化）利用ADINA流体模块进行渗流分析渗流场、多孔介质中流动分析－达西流动、温度效应

分析管道泄漏后，热水从管道流出，从而引起的大地温度场变化（管道有保温层，水流出后，温度要增高）。泄漏方向为右下角45度方向。渗流场、多孔介质中流动分析－达西流动、温度效应渗流场、多孔介质中流动分析－达西流动、温度效应利用ADINA结构模块进行渗流分析（porous材料属性的应用）基坑开挖问题本例是某实际工程模拟降水的例子，井点按照圆周分布，井点外侧5米处有防渗体深至地下20米。（多孔介质属性）基坑开挖问题沉降观测点的沉降位移在120天内的变化过程第50天土体中动水压力分布第50天土体沉降量分布

可以计算任意时刻的沉降速度，并估计未来时间沉降可能的变化趋势。渗流场、多孔介质中流动分析南京地铁奥体中心站抽水试验（实际沉降32mm，计算误差仅为3％）渗流场、多孔介质中流动分析抽水井抽水过程模拟

固结使土体产生压缩变形，同时也使土的强度逐步增大，因此，土体固结即使地基产生沉降，也控制着地基的稳定，是土力学中的一个重要课题，也是基础施工、堤坝施工、地基加固、基础开挖、边坡稳定分析等过程中至关重要的问题。ADINA丰富的地质材料单元与优越的非线性求解性能，使得基础施工模拟成为可能，既节约了施工时间，又节省了施工造价，因此在大型基础工程施工中有广泛的应用。ADINA的岩土材料模型可以考虑土体骨架的弹塑性变形，通过分析可以反映孔隙压力的扩散和消散作用

沉降和孔隙水消散过程土体固结计算－Porous本构属性基坑开挖问题基坑开挖过程中孔隙水压力消散过程。一个月后孔隙水压分布图

开挖前(t=0)孔隙水压分布图

开挖完成后(t=5)孔隙水压分布图

基坑开挖问题基坑开挖过程中孔隙水压力消散过程。一个月后孔隙水压分布图

开挖前(t=0)沉降云图

开挖完成后(t=5)沉降云图筏板式建筑结构固结沉降分析土体固结计算－Porous本构属性整体结构沉降量土体的孔隙水压力消散过程土体固结计算－差异沉降ADINA发展历史、前后处理技术

最初版本发布于1975年，至今32年历史创始人：K.J.Bathe教授；公开了SAPIV源代码；公开了ADINA81和ADINA84源代码；广泛应用于世界各地

80年代初期到90年代初期在中国广泛应用；解决了大量复杂的实际工程问题主要是结构非线性材料、大变形和接触问题；温度、温度与结构的耦合计算问题等等；发展历程总裁K.J.Bathe博士1986成立美国ADINAR&DInc.，ADINA开始走上商业化发展道路；是全球功能最为强大的非线性和多场耦合求解商业有限元系统；发展历程

用户主要集中在欧洲、美洲、亚洲：欧洲：德国、英国、瑞典、法国…

美洲：美国、加拿大、巴西、智利…

亚洲：日本、印度、中国、韩国、以色列…2004年末与UGS公司强强联合，为其NX分析技术提供非线性求解器--NX-NastranNonlinearBathe博士评选为工程科学十大巨星之一ADINA在中国的发展过程…2002年以前；

2002年9月－广州代表处

2005年3月－北京代表处

2006年6月－武汉代表处

2008年8月－成都代表处发展历程美国总部：ADINAR&DInc.71EltonAvenue

Watertown,MA02472,USA

中国代表处北京、广州、武汉、成都方便的前后处理技术Windows界面风格ADINA几何建模基于Parasolid核心技术的实体建模技术可与UG、Solidwork、solidedge直接交换数据

快速方便的布尔运算

几何模型的修改倒斜角倒圆角变半径圆角抽空自动网格划分技术自动六面体划分技术美国通用汽车公司的发动机分析组提供。要求划分4层单元，表面单元必须为六面体。厚度范围3～4.8毫米，不均匀分布。CourtesyofGM，USA自动网格划分技术MeshesforthermalstressanalysisinGM外层六面体内层六面体放大满足要求的网格划分（4层单元，六面体和五面体单元组成）CourtesyofGM，USA自动网格划分技术自动网格划分技术CourtesyofGM，USAMeshchecking

CAD软件直接接口

Pro/Engineer

UnigraphicsSolidEdgeSolidWorksBentley

AutoCAD通用几何数据接口

IGESParasolid

与有限元软件接口

NastranPatranI-DEAS

数据接口数据接口新型发动机实物由Nastran划分网格，读入ADINA进行分析Materials，3-Dcontact，etcAnyelementsAnyLoadingsOP2resultsfile

各种结果量的彩色图和等值线图向量图形显示多种隐藏线、切面、切片图多种动画方式对计算结果的列表显示载荷、边界条件等的图形显示

对结果的修改和载荷