基　础 篇

第 1章　ABAQUS快速入门　10

1.1　ABAQUS介绍　10

1.1.1　ABAQUS概述　10

1.1.2　ABAQUS软件体系　10

1.2　ABAQUS通用约定　11

1.3　ABAQUS/CAE基础　13

1.3.1　ABAQUS/CAE的启动方式　14

1.3.2　ABAQUS/CAE主界面构成　14

1.3.3　ABAQUS/CAE中鼠标的使用　16

1.3.4　ABAQUS的常用文件格式　17

1.4　ABAQUS/CAE中的功能模块　19

1.4.1　Part（部件）模块　20

1.4.2　Property（性质）模块　25

1.4.3　Assembly（装配）模块　29

1.4.4　Step（分析步）模块　31

1.4.5　Interaction（相互作用）模块　33

1.4.6　Load（荷载）模块　36

1.4.7　Mesh（网格）模块　38

1.4.8　Job（任务）模块　44

1.4.9　Visualization（可视化）模块　45

1.4.10　Sketch（草图）模块　50

1.5　算例　50

1.5.1　矩形荷载作用下地基中的附加应力分布　50

1.5.2　三维大坝建模及分析　61

1.6　本章小结　67

第 2章　ABAQUS中的岩土材料模型　68

2.1　弹性模型　68

2.1.1　线弹性模型　68

2.1.2　多孔介质弹性模型　70

2.1.3　线黏弹性模型　72

2.2　塑性模型　74

2.2.1　Mohr-Coulomb模型　74

2.2.2　扩展的Drucker-Prager模型　77

2.2.3　修正Drucker-Prager帽盖模型　82

2.2.4　临界状态塑性模型（Critical state plasticity model）　85

2.3　算例　87

2.3.1　Mohr-Coulomb材料的三轴固结排水试验模拟　87

2.3.2　修正剑桥模型材料的三轴固结排水试验模拟　92

2.3.3　黏弹性材料的循环剪切试验　94

2.4　本章小结　96

第3章　ABAQUS中的接触理论　97

3.1　ABAQUS/Standard中的接触对　97

3.1.1　基本特性　97

3.1.2　接触对算法　97

3.1.3　定义接触对　100

3.2　接触面相互作用力学模型　102

3.2.1　法向行为模型　102

3.2.2　切向行为模型　103

3.2.3　阻尼模型　105

3.2.4　黏结模型（Surface-based cohesive behavior）　107

3.2.5　接触面的结果输出变量　107

3.3　ABAQUS/Standard中的通用接触（General Contact）　108

3.3.1　基本特性　108

3.3.2　定义方法　109

3.4　接触面模拟中可能遇到的问题　111

3.4.1　接触计算的诊断信息　111

3.4.2　接触面的初始相对位置　113

3.4.3　正确定义表面　115

3.4.4　避免迭代次数过多　115

3.4.5　避免过约束（Overconstraints）　115

3.5　算例　116

3.5.1　库伦摩擦算例　116

3.5.2　黏结模型算例　120

3.5.3　不排水黏土中圆形桩的水平承载力　122

3.5.4　考虑黏聚力的库伦摩擦　127

3.6　本章小结　129

第4章　ABAQUS中的用户子程序　130

4.1　用户子程序简介　130

4.1.1　用户子程序类别　130

4.1.2　用户子程序编写规则　130

4.1.3　ABAQUS/CAE中用户子程序调用方式　131

4.2　用户自定义位移子程序DISP　131

4.2.1　子程序功能　131

4.2.2　子程序格式和变量说明　131

4.2.3　应用实例　132

4.3　用户自定义分布荷载子程序DLOAD　134

4.3.1　子程序功能　134

4.3.2　子程序格式和变量说明　134

4.3.3　应用实例　135

4.4　用户自定义接触面摩擦模型子程序FRIC　136

4.4.1　子程序功能　136

4.4.2　FRIC子程序格式和变量说明　137

4.4.3　应用实例　138

4.5　用户自定义初始应力子程序SIGINI　143

4.5.1　子程序功能　143

4.5.2　SIGINI子程序格式和变量说明　143

4.6　用户自定义初始孔隙比VOIDRI　144

4.6.1　子程序功能　144

4.6.2　VOIDRI子程序格式和变量说明　144

4.7　常用应用程序　144

4.7.1　SINV计算应力不变量　144

4.7.2　SPRINC计算主应力/主应变　145

4.7.3　SPRIND计算主应力/主应变及方向　145

4.8　本章小结　145

应　用 篇

第5章　浅基础的地基承载力　147

5.1　地基破坏模式及极限承载力　147

5.1.1　地基破坏模式　147

5.1.2　承载力理论　148

5.2　算例　149

5.2.1　条形基础承载力　149

5.2.2　方形基础极限承载力　154

5.2.3　倾斜荷载作用下的条形基础　157

5.2.4　边坡上的条形基础　159

5.3　本章小结　162

第6章　挡土结构的土压力　163

6.1　土压力理论　163

6.1.1　静止土压力　163

6.1.2　主动土压力　163

6.1.3　被动土压力　164

6.2　算例　164

6.2.1　重力式挡土墙　164

6.2.2　加筋土挡墙　169

6.3　本章小结　172

第7章　饱和土的渗流固结　173

7.1　流固耦合分析步简介　173

7.1.1　适用范围　173

7.1.2　相关土力学概念　173

7.1.3　流体渗透/应力耦合分析步的使用方式　174

7.1.4　计算注意事项　176

7.1.5　固结计算中的输出变量　179

7.2　算例　180

7.2.1　太沙基（Terzaghi）一维固结　180

7.2.2　蓄水问题　183

7.2.3　修正剑桥模型的固结不排水三轴试验　185

7.2.4　一维剑桥黏土地基固结分析　189

7.2.5　土体固结问题中的曼德尔效应　196

7.3　本章小结　197

第8章　非饱和土渗流问题　198

8.1　渗流分析中的边界条件　198

8.1.1　典型边界条件　198

8.1.2　ABAQUS/Standard中渗流边界条件的模拟功能　199

8.2　非饱和渗流问题中的材料模型　200

8.2.1　饱和度对渗透性能的影响　200

8.2.2　饱和度与基质吸力之间的关系　200

8.3　算例　202

8.3.1　悬挂式防渗墙防渗效果分析　202

8.3.2　二维均质土坝的稳定渗流分析　205

8.3.3　边坡降雨入渗分析　211

8.4　本章小结　218

第9章　桩基工作性状分析　219

9.1　桩基承载力理论　219

9.1.1　a 方法　219

9.1.2　b 方法　220

9.2　桩的加荷速度　220

9.3　算例　221

9.3.1　不排水黏土地基中竖向受荷桩——不设置接触面　221

9.3.2　不排水黏土地基中竖向受荷桩——设置接触面　224

9.3.3　干砂地基中的竖向受荷桩——不设置接触面　226

9.3.4　干砂地基中的竖向受荷桩——设置接触面　227

9.3.5　不排水强度非均匀分布条件下的竖向受荷桩　228

9.3.6　剑桥黏土地基中的竖向受荷桩　231

9.3.7　水平受荷桩　235

9.3.8　钢筋混凝土桩的模拟　239

9.4　本章小结　241

第 10章　岩土开挖和堆载问题　242

10.1　ABAQUS中的单元生死功能　242

10.1.1　单元的移除　242

10.1.2　单元的激活　243

10.1.3　接触对的移除和激活　243

10.1.4　单元生死操作中的注意事项　244

10.2　开挖算例　244

10.2.1　隧道开挖分析（软化模量法）　244

10.2.2　隧道开挖分析（收敛约束法）　250

10.2.3　悬臂式基坑开挖模拟　253

10.2.4　内撑式基坑开挖模拟　259

10.2.5　堆载预压模拟　264

10.3　本章小结　267

第 11章　边坡稳定性分析　268

11.1　强度折减法的基本原理　268

11.2　强度折减法在ABAQUS中的实现　269

11.3　算例　269

11.3.1　二维均质土坡稳定性分析　269

11.3.2　含软弱下卧层的边坡稳定分析　274

11.3.3　抗滑桩加固土坡稳定性分析　276

11.3.4　三维心墙堆石坝边坡稳定性分析　282

11.4　本章小结　285

提　高 篇

第 12章　用户自定义材料　287

12.1　ABAQUS中的非线性问题求解方法　287

12.1.1　Newton（牛顿）迭代方法　287

12.1.2　非线性问题的收敛控制标准　288

12.2　UMAT子程序简介　288

12.2.1　子程序功能　288

12.2.2　子程序格式和变量说明　288

12.2.3　CAE中自定义材料的设置方法　290

12.3　邓肯模型的二次开发　291

12.3.1　基本理论　291

12.3.2　邓肯模型UMAT子程序编写　291

12.4　邓肯模型算例　296

12.4.1　三轴压缩试验　296

12.4.2　土石坝施工过程模拟　301

12.5　等效线性黏弹性模型的二次开发　305

12.5.1　基本理论　305

12.5.2　等效线性黏弹性模型UMAT子程序编写　306

12.6　黏弹性模型算例　311

12.7　边界面模型的二次开发　313

12.7.1　基本理论　313

12.7.2　应力积分算法的选择　315

12.7.3　边界面模型UMAT子程序编写　316

12.8　边界面模型算例　321

12.8.1　等向压缩试验　321

12.8.2　三轴排水压缩算例　324

12.8.3　不排水动三轴模拟　325

12.9　本章小结　327

第 13章　用户自定义单元　328

13.1　UEL子程序简介　328

13.1.1　子程序功能　328

13.1.2　UEL工作原理　328

13.1.3　子程序格式和变量说明　329

13.2　UELMAT子程序简介　330

13.2.1　子程序功能　330

13.2.2　适用范围　331

13.2.3　子程序格式和变量说明　331

13.2.4　配套使用子程序MATERIAL_LIB_MECH　332

13.3　自定义单元的使用方法　332

13.4　平面三节点线弹性梁单元UEL子程序　335

13.4.1　单元基本理论　335

13.4.2　程序代码及说明　336

13.5　平面四节点无厚度接触面单元的UEL子程序　338

13.5.1　单元基本理论　338

13.5.2　程序代码及说明　340

13.5.3　程序验证　343

13.6　平面应变四节点单元的UELMAT子程序　344

13.7　本章小结　349

第 14章　岩土动力分析　350

14.1　ABAQUS中的动力求解方法　350

14.1.1　模态分析方法　350

14.1.2　直接积分法　351

14.1.3　动力分析中的阻尼　352

14.2　ABAQUS/Standard中的隐式积分算法　353

14.2.1　隐式积分方法的特点　353

14.2.2　隐式积分算法中的时间步长控制　353

14.2.3　使用隐式积分算法求解动力问题　354

14.3　ABAQUS/Explicit中的显式积分算法　354

14.3.1　显式积分方法的特点　354

14.3.2　显式方法适用的问题类型　355

14.3.3　显式算法的条件稳定性　355

14.3.4　显式积分算法中的时间步长控制　356

14.3.5　使用显式积分算法求解动力问题　357

14.4　隐式与显式求解方法的比较　358

14.4.1　一般比较　358

14.4.2　节点自由度增加对计算资源耗费的影响　358

14.5　算例分析　359

14.5.1　水平地基的自振频率与振型　359

14.5.2　二维理想土坝的自振频率和振型　360

14.5.3　线性水平地基地震反应的振型叠加法分析　363

14.5.4　线性水平地基地震反应的隐式分析　368

14.5.5　线性水平地基地震反应的显式分析　369

14.5.6　水平地基地震反应的等效线性分析——隐式法　371

14.5.7　水平地基地震反应的等效线性分析——显式法　378

14.5.8　地基中波的传播特性　381

14.5.9　动力分析中无限边界条件的模拟　383

14.6　本章小结　387

第 15章　ABAQUS中的离散元　388

15.1　基本介绍　388

15.2　分析设置　388

15.3　算例　390

15.3.1　颗粒坍塌模拟　390

15.3.2　直剪试验模拟　396

15.4　本章小结　399

参考文献　4002100433B