孔隙水压力计算结果
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0
15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 距试件顶面（mm）
图 6 三维模型计算的 T=4s 时孔隙水压力沿试件轴向分布（与表 4 对应）
节1 点
2 3 4 5 6 7 8 Z 坐标
号
3 1.75000E+05
1.35000E+02
181 1.74994E+05
1.29808E+02
4.79E-45
15.6 -7.96E+04 57.1 -5.19E+04 98.7 -2.42E+04
20.8 -7.62E+04 62.3 -4.85E+04 103.8 -2.08E+04
26
-7.27E+04 67.5 -4.50E+04 109 -1.73E+04
31.2 -6.92E+04 72.7 -4.15E+04 114.2 -1.38E+04
15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 距冲刷端面（mm）
图 6 三维模型计算的 T=4s 时孔隙水压力沿试件轴向分布（与表 4 对应）
距底面（mm） 时间（s）
0 1 2 3
0 0 0.175 0.350 0.525
31.2 0
0.086 0.201 0.326
62.3 0
5.2 -8.65E+04 46.7 -5.88E+04 88.3 -3.12E+04 129.8 -3.46E+03
10.4 -8.31E+04 51.9 -5.54E+04 93.5 -2.77E+04 135 9.61E-45
15.6 -7.96E+04 57.1 -5.19E+04 98.7 -2.42E+04
图 2 轴对称计算孔隙水压力应力云图
图 3 三维建模的孔隙水压力应力云图
表 2 轴对称模型计算的 T=8s 时孔隙水压力沿试件轴向分布
距离 （mm）
距离 孔压（Pa）
（mm）
距离 孔压（Pa）
（mm）
距离 孔压（Pa）
（mm）
孔压（Pa）
0
-9.00E+04 41.5 -6.23E+04 83.1 -3.46E+04 124.6 -6.92E+03
压强（MPa）
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
-0.1 0
1
2
3
4
5
6
7
8
-0.2
时间（s）
图 1 实际一个周期内的加载
动水冲刷过程中气压达到目标值并稳定后，均匀作用于水的表面，通过水将大小相
等的压力传递到试件表面，形成孔隙水压力，因此在有限元模拟计算中将荷载简化处理 为直接对试件边界施加孔隙水压力，大小和随时间变化的规律与气压相同。
2. 荷载
根据冲刷容器内施加气压的规律，在有限元模拟分析中采用表 1 和图 1 所示的周期
性荷载。
表 1 在 ADINA 中设定的周期性孔隙水压力
时间（s）
0
2
4
4.5
5 5.5
6.75
8
压强（Pa）
0 -350000 -700000 -350000 0 0
45000
90000
注：在 ADINA 中孔隙水压力与实际符号相反。
7.00000E+
3.91112E+
1.85293E+
3.43800E+
0
41.5
83.1
124.6
05
05
05
04
6.55158E+
3.61534E+
1.64745E+
1.71900E+
5.2
46.7
88.3
129.8
05
05
05
04
6.10317E+
3.31956E+
1.44196E+
-2.35942E-
7.00000E+
4.84606E+
2.69222E+
5.38441E+
0
41.5
83.1
124.6
05
05
05
04
6.73075E+
4.57682E+
2.42299E+
2.69220E+
5.2
46.7
88.3
129.8
05
05
05
04
6.46150E+
4.30759E+
2.15377E+
-3.72868E-
25 50 75 100 125 150 距冲刷端面（mm）
图 4 轴对称模型计算的 T=8s 时孔隙水压力沿试件轴向分布（与表 2 对应）
表 3 三维模型计算的 T=8s 时孔隙水压力沿试件轴向分布 距离（mm） 孔压（Pa） 距离（mm） 孔压（Pa） 距离（mm） 孔压（Pa） 距离（mm） 孔压（Pa）
20.8 -7.62E+04 62.3 -4.85E+04 103.9 -2.08E+04
26 -7.27E+04 67.5 -4.50E+04 109.1 -1.73E+04
31.2 -6.92E+04 72.7 -4.15E+04 114.2 -1.38E+04
36.3 -6.58E+04 77.9 -3.81E+04 119.4 -1.04E+04
10.4
51.9
93.5
135
05
05
05
44
6.19226E+
4.03836E+
1.88455E+
15.6
57.1
98.7
05
05
05
5.92301E+
3.76913E+
1.61533E+
20.8
62.3
103.8
05
05
05
5.65377E+
3.49990E+
1.34610E+
26
67.5
109
0
-9.00E+04 41.5 -6.23E+04 83.1 -3.46E+04 124.6 -6.92E+03
5.2 -8.65E+04 46.7 -5.88E+04 88.3 -3.12E+04 129.8 -3.46E+03
10.4 -8.31E+04 51.9 -5.54E+04 93.5 -2.77E+04 135
25 50 75 100 125 150 距冲刷端面（mm）
图 6 三维模型计算的 T=4s 时孔隙水压力沿试件轴向分布（与表 4 对应）
表 4 三维模型计算的 T=4s 时孔隙水压力沿试件轴向分布（粘土级别渗透系数） 距离（mm） 孔压（Pa） 距离（mm） 孔压（Pa） 距离（mm） 孔压（Pa） 距离（mm） 孔压（Pa）
05
05
04
4.56690E+
2.29799E+
6.94247E+
31.2
72.7
114.2
05
05
04
4.23901E+
2.07546E+
5.19023E+
36.3
77.9
119.4
05
05
04
孔隙水压力（Pa）
0.80 0.70 0.60 0.50 0.40 0.30 0.20 0.10 0.00 -0.10 0
36.3 -6.58E+04 77.9 -3.81E+04 119.4 -1.04E+04 对比表 2 和表 3 中结果可见，轴对称模型和三维模型的计算结果基本一致。
孔隙水压力（Pa）
1.00E+04 0.00E+00 -1.00E+04 0 -2.00E+04 -3.00E+04 -4.00E+04 -5.00E+04 -6.00E+04 -7.00E+04 -8.00E+04 -9.00E+04 -1.00E+05
0.041 0.109 0.190
93.5 0
0.018 0.052 0.095
124.6 0
0.004 0.012 0.022
4
0.700
0.457
0.278
0.144
0.034
5
0.000
0.161
0.164
0.106
0.028
6
-0.018
0.054
0.078
0.059
0.016
7
-0.054
05
05
05
4.83376E+
3.03670E+
2.21995E+
31.2
72.7
114.2
05
05
05
4.55596E+
2.89316E+
2.18314E+
36.3
77.9
119.4
05
05
05
孔隙水压力（MPa）
0.80 0.70 0.60 0.50 0.40 0.30 0.20 0.10 0.00
05
05
05
5.38453E+
3.23067E+
1.07688E+
31.2
72.7
114.2
05
05
05
5.11529E+
2.96144E+
8.07661E+
36.3
77.9
119.4
05
05
04
孔隙水压力（Pa）
8.00E+05 7.00E+05 6.00E+05 5.00E+05 4.00E+05 3.00E+05 2.00E+05 1.00E+05 0.00E+00 -1.00E+05 0
10.4
51.9
93.5
135
05
05
05
05
5.82890E+
3.59054E+
2.43173E+
15.6
57.1
98.7
05
05
05
5.46883E+
3.38438E+
2.34383E+
20.8
62.3
103.8
05
05
05
5.15130E+
3.21054E+
2.28189E+
26
67.5
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
109
定向冲刷模式试件顶面（冲刷端面）加载与非定向模式相同，但封闭的圆周面不作 定义（ADINA 默认为不排水条件），而底面由于设置了排水条件，因此定义孔隙水压力 始终为零。 3. 边界条件
轴对称模式下不允许对称轴发生垂直于轴向的变形。三维建模则不需要定义。 4. 计算结果及分析
非定向冲刷模式下试件中的孔隙水压力响应与施加的孔隙水压力大小相同。 由图 2、图 3 可见，定向冲刷模式下试件中的孔隙水压力呈层状分布，随着深度增大 而减小，层的方向与荷载方向垂直。
注：表中距离为距冲刷端面（未封闭）的距离，单位 mm；孔压单位为 Pa。
孔隙水压力（Pa）
1.00E+04 0.00E+00 -1.00E+04 0 -2.00E+04 -3.00E+04 -4.00E+04 -5.00E+04 -6.00E+04 -7.00E+04 -8.00E+04 -9.00E+04 -1.00E+05
7.00000E+
4.27816E+
2.74961E+
2.14632E+
0
41.5
83.1
124.6
05
05
05
05
6.59448E+
4.03743E+
2.63462E+
2.13411E+
5.2
46.7
88.3
129.8
05
05
05
05
6.18897E+
3.79669E+
2.51962E+
2.12190E+
10.4
51.9
93.5
135
05
05
05
48
5.69902E+
3.05197E+
1.25000E+
15.6
57.1
98.7
05
05
05
5.29487E+
2.78439E+
1.05804E+
20.8
62.3
103.8
05
05
05
4.93089E+
2.54119E+
8.76143E+
26
67.5
109
孔隙水压力的 ADINA 计算结果
1. 材料参数
表 1 有限元计算所取的沥青混凝土参数
沥青混凝土试件的指标
有限元计算所取的参数
弹性模量
1.2×108Pa
泊松比
0.35
密度
2360Kg/m3
各方向渗透系数
1.5×10-5、1.5×10-7m/s 两个值
注：渗透系数取两个值以比较不同渗透性对孔隙水压力随深度增加而减小的速率。
Node 3 Node 9 Node 15
-9.00000E+04 -8.99976E+04 -8.99953E+04
9 1.74988E+05 182 1.74983E+05 15 1.74977E+05 183 1.74972E+05 21 1.74967E+05 184 1.74963E+05 27 1.74958E+05 185 1.74954E+05 33 1.74950E+05 186 1.74947E+05 39 1.74943E+05 187 1.74940E+05 45 1.74937E+05 188 1.74935E+05 51 1.74932E+05 189 1.74930E+05 57 1.74928E+05 190 1.74926E+05 63 1.74925E+05 191 1.74923E+05 69 1.74922E+05 192 1.74921E+05 75 1.74921E+05 193 1.74921E+05 81 1.74920E+05
25 50 75 100 125 150 距冲刷端面（mm）
图 5 三维模型计算的 T=8s 时孔隙水压力沿试件轴向分布（与表 3 对应）
表 4 三维模型计算的 T=4s 时孔隙水压力沿试件轴向分布 距离（mm） 孔压（Pa） 距离（mm） 孔压（Pa） 距离（mm） 孔压（Pa） 距离（mm） 孔压（Pa）
-0.002
0.024
0.024
0.007
8
-0.090
-0.041
-0.012
0.001
0.001
0.8
0.7
0mm
0.6
31.2mm
0.5
62.3mm
0.4
93.5mm
0.3
124.6mm
0.2
0.1
0
-0.1 0 1 2 3 4 5 6 7 8
-0.2
时间（s）
孔隙水压力（MPa）
表 4 三维模型计算的 T=4s 时孔隙水压力沿试件轴向分布（底面孔压不消散） 距离（mm） 孔压（Pa） 距离（mm） 孔压（Pa） 距离（mm） 孔压（Pa） 距离（mm） 孔压（Pa）
15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 距试件顶面（mm）
图 6 三维模型计算的 T=4s 时孔隙水压力沿试件轴向分布（与表 4 对应）
节1 点
2 3 4 5 6 7 8 Z 坐标
号
3 1.75000E+05
1.35000E+02
181 1.74994E+05
1.29808E+02
4.79E-45
15.6 -7.96E+04 57.1 -5.19E+04 98.7 -2.42E+04
20.8 -7.62E+04 62.3 -4.85E+04 103.8 -2.08E+04
26
-7.27E+04 67.5 -4.50E+04 109 -1.73E+04
31.2 -6.92E+04 72.7 -4.15E+04 114.2 -1.38E+04
15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 距冲刷端面（mm）
图 6 三维模型计算的 T=4s 时孔隙水压力沿试件轴向分布（与表 4 对应）
距底面（mm） 时间（s）
0 1 2 3
0 0 0.175 0.350 0.525
31.2 0
0.086 0.201 0.326
62.3 0
5.2 -8.65E+04 46.7 -5.88E+04 88.3 -3.12E+04 129.8 -3.46E+03
10.4 -8.31E+04 51.9 -5.54E+04 93.5 -2.77E+04 135 9.61E-45
15.6 -7.96E+04 57.1 -5.19E+04 98.7 -2.42E+04
图 2 轴对称计算孔隙水压力应力云图
图 3 三维建模的孔隙水压力应力云图
表 2 轴对称模型计算的 T=8s 时孔隙水压力沿试件轴向分布
距离 （mm）
距离 孔压（Pa）
（mm）
距离 孔压（Pa）
（mm）
距离 孔压（Pa）
（mm）
孔压（Pa）
0
-9.00E+04 41.5 -6.23E+04 83.1 -3.46E+04 124.6 -6.92E+03
压强（MPa）
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
-0.1 0
1
2
3
4
5
6
7
8
-0.2
时间（s）
图 1 实际一个周期内的加载
动水冲刷过程中气压达到目标值并稳定后，均匀作用于水的表面，通过水将大小相
等的压力传递到试件表面，形成孔隙水压力，因此在有限元模拟计算中将荷载简化处理 为直接对试件边界施加孔隙水压力，大小和随时间变化的规律与气压相同。
2. 荷载
根据冲刷容器内施加气压的规律，在有限元模拟分析中采用表 1 和图 1 所示的周期
性荷载。
表 1 在 ADINA 中设定的周期性孔隙水压力
时间（s）
0
2
4
4.5
5 5.5
6.75
8
压强（Pa）
0 -350000 -700000 -350000 0 0
45000
90000
注：在 ADINA 中孔隙水压力与实际符号相反。
7.00000E+
3.91112E+
1.85293E+
3.43800E+
0
41.5
83.1
124.6
05
05
05
04
6.55158E+
3.61534E+
1.64745E+
1.71900E+
5.2
46.7
88.3
129.8
05
05
05
04
6.10317E+
3.31956E+
1.44196E+
-2.35942E-
7.00000E+
4.84606E+
2.69222E+
5.38441E+
0
41.5
83.1
124.6
05
05
05
04
6.73075E+
4.57682E+
2.42299E+
2.69220E+
5.2
46.7
88.3
129.8
05
05
05
04
6.46150E+
4.30759E+
2.15377E+
-3.72868E-
25 50 75 100 125 150 距冲刷端面（mm）
图 4 轴对称模型计算的 T=8s 时孔隙水压力沿试件轴向分布（与表 2 对应）
表 3 三维模型计算的 T=8s 时孔隙水压力沿试件轴向分布 距离（mm） 孔压（Pa） 距离（mm） 孔压（Pa） 距离（mm） 孔压（Pa） 距离（mm） 孔压（Pa）
20.8 -7.62E+04 62.3 -4.85E+04 103.9 -2.08E+04
26 -7.27E+04 67.5 -4.50E+04 109.1 -1.73E+04
31.2 -6.92E+04 72.7 -4.15E+04 114.2 -1.38E+04
36.3 -6.58E+04 77.9 -3.81E+04 119.4 -1.04E+04
10.4
51.9
93.5
135
05
05
05
44
6.19226E+
4.03836E+
1.88455E+
15.6
57.1
98.7
05
05
05
5.92301E+
3.76913E+
1.61533E+
20.8
62.3
103.8
05
05
05
5.65377E+
3.49990E+
1.34610E+
26
67.5
109
0
-9.00E+04 41.5 -6.23E+04 83.1 -3.46E+04 124.6 -6.92E+03
5.2 -8.65E+04 46.7 -5.88E+04 88.3 -3.12E+04 129.8 -3.46E+03
10.4 -8.31E+04 51.9 -5.54E+04 93.5 -2.77E+04 135
25 50 75 100 125 150 距冲刷端面（mm）
图 6 三维模型计算的 T=4s 时孔隙水压力沿试件轴向分布（与表 4 对应）
表 4 三维模型计算的 T=4s 时孔隙水压力沿试件轴向分布（粘土级别渗透系数） 距离（mm） 孔压（Pa） 距离（mm） 孔压（Pa） 距离（mm） 孔压（Pa） 距离（mm） 孔压（Pa）
05
05
04
4.56690E+
2.29799E+
6.94247E+
31.2
72.7
114.2
05
05
04
4.23901E+
2.07546E+
5.19023E+
36.3
77.9
119.4
05
05
04
孔隙水压力（Pa）
0.80 0.70 0.60 0.50 0.40 0.30 0.20 0.10 0.00 -0.10 0
36.3 -6.58E+04 77.9 -3.81E+04 119.4 -1.04E+04 对比表 2 和表 3 中结果可见，轴对称模型和三维模型的计算结果基本一致。
孔隙水压力（Pa）
1.00E+04 0.00E+00 -1.00E+04 0 -2.00E+04 -3.00E+04 -4.00E+04 -5.00E+04 -6.00E+04 -7.00E+04 -8.00E+04 -9.00E+04 -1.00E+05
0.041 0.109 0.190
93.5 0
0.018 0.052 0.095
124.6 0
0.004 0.012 0.022
4
0.700
0.457
0.278
0.144
0.034
5
0.000
0.161
0.164
0.106
0.028
6
-0.018
0.054
0.078
0.059
0.016
7
-0.054
05
05
05
4.83376E+
3.03670E+
2.21995E+
31.2
72.7
114.2
05
05
05
4.55596E+
2.89316E+
2.18314E+
36.3
77.9
119.4
05
05
05
孔隙水压力（MPa）
0.80 0.70 0.60 0.50 0.40 0.30 0.20 0.10 0.00
05
05
05
5.38453E+
3.23067E+
1.07688E+
31.2
72.7
114.2
05
05
05
5.11529E+
2.96144E+
8.07661E+
36.3
77.9
119.4
05
05
04
孔隙水压力（Pa）
8.00E+05 7.00E+05 6.00E+05 5.00E+05 4.00E+05 3.00E+05 2.00E+05 1.00E+05 0.00E+00 -1.00E+05 0
10.4
51.9
93.5
135
05
05
05
05
5.82890E+
3.59054E+
2.43173E+
15.6
57.1
98.7
05
05
05
5.46883E+
3.38438E+
2.34383E+
20.8
62.3
103.8
05
05
05
5.15130E+
3.21054E+
2.28189E+
26
67.5
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
109
定向冲刷模式试件顶面（冲刷端面）加载与非定向模式相同，但封闭的圆周面不作 定义（ADINA 默认为不排水条件），而底面由于设置了排水条件，因此定义孔隙水压力 始终为零。 3. 边界条件
轴对称模式下不允许对称轴发生垂直于轴向的变形。三维建模则不需要定义。 4. 计算结果及分析
非定向冲刷模式下试件中的孔隙水压力响应与施加的孔隙水压力大小相同。 由图 2、图 3 可见，定向冲刷模式下试件中的孔隙水压力呈层状分布，随着深度增大 而减小，层的方向与荷载方向垂直。
注：表中距离为距冲刷端面（未封闭）的距离，单位 mm；孔压单位为 Pa。
孔隙水压力（Pa）
1.00E+04 0.00E+00 -1.00E+04 0 -2.00E+04 -3.00E+04 -4.00E+04 -5.00E+04 -6.00E+04 -7.00E+04 -8.00E+04 -9.00E+04 -1.00E+05
7.00000E+
4.27816E+
2.74961E+
2.14632E+
0
41.5
83.1
124.6
05
05
05
05
6.59448E+
4.03743E+
2.63462E+
2.13411E+
5.2
46.7
88.3
129.8
05
05
05
05
6.18897E+
3.79669E+
2.51962E+
2.12190E+
10.4
51.9
93.5
135
05
05
05
48
5.69902E+
3.05197E+
1.25000E+
15.6
57.1
98.7
05
05
05
5.29487E+
2.78439E+
1.05804E+
20.8
62.3
103.8
05
05
05
4.93089E+
2.54119E+
8.76143E+
26
67.5
109
孔隙水压力的 ADINA 计算结果
1. 材料参数
表 1 有限元计算所取的沥青混凝土参数
沥青混凝土试件的指标
有限元计算所取的参数
弹性模量
1.2×108Pa
泊松比
0.35
密度
2360Kg/m3
各方向渗透系数
1.5×10-5、1.5×10-7m/s 两个值
注：渗透系数取两个值以比较不同渗透性对孔隙水压力随深度增加而减小的速率。
Node 3 Node 9 Node 15
-9.00000E+04 -8.99976E+04 -8.99953E+04
9 1.74988E+05 182 1.74983E+05 15 1.74977E+05 183 1.74972E+05 21 1.74967E+05 184 1.74963E+05 27 1.74958E+05 185 1.74954E+05 33 1.74950E+05 186 1.74947E+05 39 1.74943E+05 187 1.74940E+05 45 1.74937E+05 188 1.74935E+05 51 1.74932E+05 189 1.74930E+05 57 1.74928E+05 190 1.74926E+05 63 1.74925E+05 191 1.74923E+05 69 1.74922E+05 192 1.74921E+05 75 1.74921E+05 193 1.74921E+05 81 1.74920E+05
25 50 75 100 125 150 距冲刷端面（mm）
图 5 三维模型计算的 T=8s 时孔隙水压力沿试件轴向分布（与表 3 对应）
表 4 三维模型计算的 T=4s 时孔隙水压力沿试件轴向分布 距离（mm） 孔压（Pa） 距离（mm） 孔压（Pa） 距离（mm） 孔压（Pa） 距离（mm） 孔压（Pa）
-0.002
0.024
0.024
0.007
8
-0.090
-0.041
-0.012
0.001
0.001
0.8
0.7
0mm
0.6
31.2mm
0.5
62.3mm
0.4
93.5mm
0.3
124.6mm
0.2
0.1
0
-0.1 0 1 2 3 4 5 6 7 8
-0.2
时间（s）
孔隙水压力（MPa）
表 4 三维模型计算的 T=4s 时孔隙水压力沿试件轴向分布（底面孔压不消散） 距离（mm） 孔压（Pa） 距离（mm） 孔压（Pa） 距离（mm） 孔压（Pa） 距离（mm） 孔压（Pa）