ABAQUS在岩土工程中的应用 (万水ABAQUS技术丛书)

《abaqus在岩土工程中的应用》结合一系列应用实例，系统地介绍了abaqus软件用于岩土工程数值分析的功能和方法。全书分为两大部分共16章，即入门篇（第1-5章）和应用篇（6-16章）。入门篇主要介绍软件的功能、岩土工程中常用的单元、本构关系和接触面理论等基本知识，通过阅读这些章节，读者可以达到快速入门的目的。应用篇中首先详细介绍了用户子程序的编写注意事项和编写过程，然后通过岩土工程应用实例，对模型建立、问题求解和结果后处理中需考虑的关键问题进行了讨论，通过这部分的学习，读者可以掌握用户自定义材料和单元的二次开发、土体固结沉降分析、非饱和渗流与流固耦合分析、基桩低应变检测的数值模拟、桩基承载力分析、岩土开挖问题求解、岩土贯入问题求解、土石坝静力与动力分析和边坡稳定性分析等内容。
《abaqus在岩土工程中的应用》适合岩土工程、水利工程、结构工程等领域高校教师、工程技术人员和研究生阅读，也可作为岩土工程专业土工数值分析课程的参考教材。

前言
第1章 ABAQUS的功能与特点
1.1 认识ABAQUS
1.1.1 ABAQUS软件产品
1.1.2 ABAQUS产品的主要功能
1.1.3 ABAQUS在岩土工程中的适用性
1.2 ABAQUS基础
1.2.1 ABAQUS的文件格式
1.2.2 ABAQUS的一些基本约定
1.2.3 ABAQUS的运行命令
1.2.4 ABAQUS／CAE基础
1.2.5 ABAQUS的任务inp输入文件构成
1.3 本章小结

第2章 ABAQUS快速入门
2.1 ABAQUS／CAE的功能模块
2.1.1 Part（部件）模块
2.1.2 Property（性质）模块
2.1.3 Assembly（装配）模块
2.1.4 Step（分析步）模块
2.1.5 Interaction（相互作用）模块
2.1.6 Load（载荷）模块
2.1.7 Mesh（网格）模块
2.1.8 Job（任务）模块
2.1.9 Visualization（可视化或后处理）模块
2.1.1 0Sketch（草图）模块
2.2 ABAQUS／CAE应用实例
2.2.1 问题的描述
2.2.2 创建部件
2.2.3 设置创建材料和截面特性
2.2.4 装配部件
2.2.5 定义分析步
2.2.6 定义载荷和边界条件
2.2.7 划分网格
2.2.8 提交任务
2.2.9 后处理
2.2.10 退出ABAQUS／CAE
2.3 本章小结

第3章 岩土工程中常用的单元
3.1 单元的特征
3.1.1 单元族
3.1.2 自由度
3.1.3 节点数目
3.1.4 数学公式
3.1.5 积分
3.2 岩土工程常用的单元
3.2.1 实体（连续体）单元
3.2.2 梁单元
3.2.3 杆单元
3.2.4 孔压单元
3.2.5 无限元
3.2.6 管土相互作用单元
本章小结

第4章 岩土工程中常用的本构模型
4.1 应力状态的描述
4.1.1 应力张量
4.1.2 应力张量的分解
4.1.3 应力张量不变量和偏应力不变量
4.1.4 应力空间
4.2 弹性模型
4.2.1 线弹性模型
4.2.2 多孔介质弹性模型
4.3 塑性模型
4.3.1 Mohr-Coulomb（摩尔库仑）模型
4.3.2 扩展的Drucker-Prager模型
4.3.3 修正Drucker-Prager帽盖模型
4.3.4 临界状态塑性模型（Criticalstateplasticitymodel）
4.4 算例分析
4.4.1 采用不考虑剪胀的Molar-Coulomb模型
4.4.2 考虑剪胀的分析
4.4.3 考虑初始应力的分析
4.5 本章小结

第5章 接触面理论及应用
5.1 接触对
5.1.1 基本特性
5.1.2 接触对定义中的关键问题
5.1.3接触对的定义方法
5.2 接触面相互作用力学模型
5.2.1 接触面的法向模型
5.2.2 接触面的摩擦模型
5.2.3 接触面的计算输出结果
5.2.4 接触面力学模型定义方法
5.3 接触面模拟中可能遇到的问题
5.3.1 接触面的初始相对位置
5.3.2 正确定义表面
5.3.3 避免迭代次数过多
5.3.4 避免过约束（Overconstraints）
5.4 算例分析
5.4.1 问题的描述
5.4.2 创建部件
5.4.3 设置材料和截面属性
5.4.4 装配部件
5.4.5 定义分析步
5.4.6 定义接触
5.4.7 定义载荷、边界条件
5.4.8 划分网格
5.4.9 提交任务
5.4.10 结果处理
5.5 本章小结

第6章 用户子程序
6.1 用户子程序总体介绍
6.1.1 用户子程序的基本知识
6.1.2 用户子程序编写注意事项
6.2 用户自定义材料子程序UMAI
6.2.1 UMAT子程序格式和变量说明
6.2.2 如何在分析中使用自定义材料
6.2.3 Mises弹塑性模型的UMAT子程序编写实例
6.3 用户自定义接触面摩擦模型子程序FRIC
6.3.1 FRIC子程序格式和变量说明
6.3.2 如何在分析中使用自定义接触面摩擦模型
6.3.3 非线性弹性摩擦模型
6.4 用户自定义单元子程序UEI
6.4.1 UEL子程序格式和变量说明
6.4.2 如何在分析中使用自定义单元
6.4.3 平面三节点线弹性梁单元UEL子程序编写实例
6.5 其他几个常用的用户子程序
6.5.1 自定义边界条件子程序DISP
6.5.2 自定义载荷子程序DLOAD
6.5.3 自定义初始孔隙比分布的子程序VOIDRI
6.6 本章小结

第7章 用户自定义材料二次开发
7.1 邓肯模型的二次开发
7.1.1 邓肯模型介绍
7.1.2 邓肯模型的UMAT子程序编写
7.1.3 三种不同的应力积分算法
7.1.4 算例验证
7.2 边界面模型的二次开发
7.2.1 边界面模型介绍
7.2.2 边界面模型的应力积分算法
7.2.3 编程要点
7.2.4 算例验证
7.3 本章小结

第8章 土体固结沉降分析
8.1 ABAQUS／Standard中的固结计算功能
8.2 ABAQUS／Standard中与固结计算相关的基本概念
8.2.1 孔隙介质中的流体流动
8.2.2 有效应力原理
8.2.3 固结计算中的孔压
8.3 使用流体渗透，应力耦合分析步进行固结计算
8.3.1 分析类型
8.3.2 增量步时间步长的选择
8.3.3 单元选择
8.3.4 材料模型
8.3.5 载荷和边界条件
8.3.6 设置初始条件
8.3.7 固结计算中的输出变量
8.3.8 周结计算中的单位
8.4 算例
8.4.1 太沙基（Terzaghi）一维固结
8.4.2 剑桥粘土地基固结分析
8.4.3 堆载预压模拟
8.5 本章小结

第9章 非饱和渗流与流固耦合分析
9.1 非饱和渗流问题中的边界条件
9.1.1 土坝渗流的典型边界条件
9.1.2 ABAQUS／Standard提供的特殊渗流边界条件功能
9.2 非饱和渗流问题中的材料模型
9.2.1 饱和度对渗透性能的影响
9.2.2 饱和度与基质吸力之间的关系
9.3 算例
9.3.1 二维均质土坝的稳定渗流分析
9.3.2 三维混合坝的稳定渗流分析
9.3.3 边坡降雨入渗分析
9.4 本章小结

第10章 自定义排水板单元的二次开发
10.1 排水板地基固结的常规处理方法
10.2 自定义排水板单元的开发
10.2.1 排水板单元的构造
10.2.2 排水板单元的理论推导
10.2.3 排水板UEL子程序的编写
10.3 自定义排水板单元的算例验证
10.3.1 采用实体单元划分排水板的算例
10.3.2 采用自定义实体单元划分排水板的算例
10.3.3 Hansbo理论解答
10.4 本章小结

第11章 基桩低应变检测的数值模拟
11.1 动力求解方法的简单介绍
11.1.1 模态分析方法
11.1.2 直接积分法
11.1.3 动力分析中的阻尼
11.2 ABAQUS／Standard中的隐式积分算法
11.2.1 隐式积分方法的特点
11.2.2 隐式积分算法中的时间步长控制
11.2.3 使用隐式积分算法求解动力问题
11.3 ABAQUS／Explicit中的显式积分算法
11.3.1 显式方法适用的问题类型
11.3.2 显式算法的条件稳定性
11.3.3 隐式积分算法中的时间步长控制
11.3.4 使用显式积分算法求解动力问题
11.4 隐式与显式求解方法的比较
11.4.1 一般比较
11.4.2 节点自由度增加对计算资源耗费的影响
11.5 算例分析
11.5.1 低应变动力检测方法原理简介
11.5.2 一维杆件内应力波的传递分析
11.5.3 PCC桩低应变检测中的三维效应
11.6 本章小结

第12章 桩基承载力分析
12.1 桩基承载力理论
12.1.1 α方法
12.1.2 β方法
12.2 桩的加载速度
12.3 算例分析
12.3.1 不排水条件下的竖直受载桩
12.3.2 排水条件下的竖直受载桩
12.3.3 管桩竖向载荷作用下的工作性状
12.3.4 桩在水平载荷作用下的工作性状
12.4 本章小结

第13章 岩土开挖问题求解
13.1 ABAQUS中的单元生死功能
13.1.1 单元的移除
13.1.2 单元的激活
13.1.3 接触对的移除和激活
13.1.4 单元生死操作中的注意事项
13.2 算例分析
13.2.1 隧道开挖分析
13.2.2 内撑式基坑开挖模拟
13.3 本章小结

第14章 岩土贯入问题求解
14.1 岩土贯入问题的有限元处理思路
14.2 ABAQUS中的ALE方法
14.2.1 在ABAQUS／Explicit中激活ALE功能
14.2.2 ALE方法的网格划分方法及控制参数
14.2.3 ALE方法的解答传输方法
14.2.4 ALE分析中的结果分析
14.3 岩土贯入问题算例
14.3.1 静压桩挤土效应数值模拟
14.3.2 粘土地基中的CPT圆锥静力贯入试验模拟
14.4 本章小结

第15章 土石坝的静力与动力分析
15.1 基于ABAQUS的土石坝静力分析
15.1.1 邓肯模型的开发
15.1.2 填方分层施工模拟及新填土层的位移修正
15.1.3 浸水湿化变形的处理
15.2 基于ABAQUS的土石坝动力分析
15.2.1 等效线性模型的开发
15.2.2 坝体材料的液化判别
15.2.3 永久变形分析
15.3 算例分析
15.3.1 理想均质土石坝的施工及蓄水过程模拟
15.3.2 一维场地地震反应模拟
15.3.3 三维心墙土石坝静、动力分析
15.4 本章小结

第16章 边坡稳定性分析
16.1 强度折减法的基本原理
16.2 强度折减法在ABAQUS中的实现
16.3 算例分析
16.3.1 二维均质土坡稳定性分析
16.3.2 抗滑桩加固土坡稳定性分析
16.4 本章小结
参考资料
……

    （2）塑性模型。

    金属塑性，符合Mises屈服准则的各向同性和遵循Hill准则的各向异性塑性模型。

    铸铁塑性，拉伸为Rankine屈服准则，压缩为Mises屈服准则。

    蠕变特性，考虑时间硬化和应变硬化定律的各向同性和各向异性蠕变模型。

    扩展的Druker-Prager模型，适合于砂土等粒状材料的不相关流动的模拟。

    帽盖的：Drucker-Prager模型，在基本Druker-Prager模型的基础上增加了帽盖屈服面，反应受压导致的屈服特性。

    Cam-Clay模型，适合于粘土类土壤材料的模拟。

    Mohr-Coulomb模型，这种模型与Drukgr-Prager模型类似。

    泡沫材料模型，可以模拟高度挤压材料，可应用于消费品包装及车辆安全装置等领域。

    混凝土材料模型，这种模型包含了混凝土弹塑性破坏理论。

    渗透性材料模型，提供了依赖于孔隙比、饱和度和流速的各向同性和各向异性材料的渗透性模型。

    （3）其他材料特性。

    包括密度、热膨胀特性、热传导率和导电率、比热、压电特性、阻尼等。

    （4）用户自定义材料特性。

    ABAQUS提供了用户子程序接口，用户可以灵活地定义材料特性。

    3．ABAQUs中的单元

    ABAQUs提供了十分丰富的单元，具体包括实体单元、壳单元、薄膜单元、梁单元、杆单元、刚体元、连接元、无限元等。同时ABAQUS还包括针对特殊问题构建的特种单元，如针对钢筋混凝土结构或轮胎结构的加筋单元、针对海洋工程结构的反映土壤与管道相互作用的连接单元、锚链单元等，这些特殊单元对解决特定领域的特定问题十分便捷、有效。

    另外，用户还可以通过用户子程序接口自定义单元种类。