ABAQUS是國際上功能最強的大型通用有限元軟件之一，擁有能夠真實反映土體性狀的本構模型，能夠進行有效應力和孔壓的計算，具有強大的接觸面處理功能來模擬土與結構之間的脫開、滑移等現象，具備處理填土或開挖等巖土工程中的特定問題的能力，可以靈活、準確地建立初始應力狀態，對巖土工程有很強的適用性。

 本書結合一系列應用實例，系統地介紹了ABAQUS軟件用于巖土工程數值分析的功能和方法。全書分為兩大部分共16章，即入門篇（第1～5章）和應用篇（第6～16章）。入門篇主要介紹軟件的功能、巖土工程中常用的單元、本構關系和接觸面理論等基本知識，通過閱讀這些章節，讀者可以達到快速入門的目的。應用篇中首先詳細介紹用戶子程序的編寫注意事項和編寫過程，然后通過巖土工程應用實例，對模型建立、問題求解和結果后處理中需考慮的關鍵問題進行討論，通過這部分的學習，讀者可以掌握用戶自定義材料和單元的二次開發、土體固結沉降分析、非飽和滲流與流固耦合分析、基樁低應變檢測的數值模擬、樁基承載力分析、巖土開挖問題求解、巖土貫入問題求解、土石壩靜力與動力分析和邊坡穩定性分析等內容。

本書特色

? 注重巖土工程原理的講解，更注重對實際問題的ABAQUS求解，使讀者能夠知其然，更知其所以然。

? 案例豐富，而且都是源自于科研和工程分析一線的實例，通過工程實例的學習，可以快速融入到應用情境，學習效率更高。

? 注重對結果的解讀，因為這是能否用好有限元軟件來進行分析的精華所在。

? 涵蓋了巖土工程分析的各個方面，大部分讀者都能在本書中找到問題的參考求解方案。

? 免費提供書中所有章節涉及到的cae文件、inp文件及用戶子程序for文件，免去輸入代碼的煩瑣。

適合的讀者對象

本書適合巖土工程、水利工程、結構工程等領域高校教師、工程技術人員和研究生閱讀，也可作為巖土工程專業土工數值分析課程的參考教材。

本書分工

 全書編寫分工如下：全書章節安排及統稿由費康負責，第1、6、7、8、9、11、13、14、15、16章由費康執筆，第2、3、4、5、12章由張建偉執筆，第10章由彭劼執筆。河海大學巖土工程研究所陳育民博士為本書的完成提供了大力支持和幫助，在此深表感謝。參與本書工作的還包括：王斌、萬雷、張強林、張賽橋、陳鯤、李曉寧、丁佳、虞志勇、吳艷、杜英、王曉、余松、夏慧軍、陶林、許志清、趙會春等。

需要指出，本書力求詳盡地解釋利用ABAQUS軟件進行巖土工程數值分析的步驟及需考慮的關鍵因素，并提供所有實例的模型文件和用戶子程序文件，但由于時間倉促，作者水平有限，書中難免有錯漏之處，懇請廣大讀者批評指正。若有問題請發郵件到sharepub@126.com聯系。

序
前言
 
第1章  ABAQUS的功能與特點 1
1.1  認識ABAQUS 1
1.1.1  ABAQUS軟件產品 1
1.1.2  ABAQUS產品的主要功能 2
1.1.3  ABAQUS在巖土工程中的適用性 4
1.2  ABAQUS基礎 4
1.2.1  ABAQUS的文件格式 4
1.2.2  ABAQUS的一些基本約定 6
1.2.3  ABAQUS的運行命令 7
1.2.4  ABAQUS/CAE基礎 9
1.2.5  ABAQUS的任務inp輸入文件構成 13
1.3  本章小結 15
第2章  ABAQUS快速入門 16
2.1  ABAQUS/CAE的功能模塊 16
2.1.1  Part（部件）模塊 16
2.1.2  Property（性質）模塊 18
2.1.3  Assembly（裝配）模塊 20
2.1.4  Step（分析步）模塊 21
2.1.5  Interaction（相互作用）模塊 23
2.1.6  Load（載荷）模塊 24
2.1.7  Mesh（網格）模塊 25
2.1.8  Job（任務）模塊 29
2.1.9  Visualization（可視化或后處理）模塊 30
2.1.10  Sketch（草圖）模塊 31
2.2  ABAQUS/CAE應用實例 32
2.2.1  問題的描述 32
2.2.2  創建部件 33
2.2.3  設置創建材料和截面特性 34
2.2.4  裝配部件 36
2.2.5  定義分析步 37
2.2.6  定義載荷和邊界條件 37
2.2.7  劃分網格 39
2.2.8  提交任務 39
2.2.9  后處理 39
2.2.10  退出ABAQUS/CAE 41
2.3  本章小結 41
第3章  巖土工程中常用的單元 42
3.1  單元的特征 42
3.1.1  單元族 42
3.1.2  自由度 43
3.1.3  節點數目 43
3.1.4  數學公式 44
3.1.5  積分 44
3.2  巖土工程常用的單元 44
3.2.1  實體（連續體）單元 44
3.2.2  梁單元 49
3.2.3  桿單元 52
3.2.4  孔壓單元 53
3.2.5  無限元 53
3.2.6  管土相互作用單元 57
本章小結 60
第4章  巖土工程中常用的本構模型 61
4.1  應力狀態的描述 61
4.1.1  應力張量 61
4.1.2  應力張量的分解 61
4.1.3  應力張量不變量和偏應力不變量 62
4.1.4  應力空間 62
4.2  彈性模型 62
4.2.1  線彈性模型 62
4.2.2  多孔介質彈性模型 65
4.3  塑性模型 67
4.3.1  Mohr-Coulomb（摩爾庫侖）模型 67
4.3.2  擴展的Drucker-Prager模型 70
4.3.3  修正Drucker-Prager帽蓋模型 77
4.3.4  臨界狀態塑性模型（Critical state plasticity model） 81
4.4  算例分析 83
4.4.1  采用不考慮剪脹的Mohr-Coulomb模型 83
4.4.2  考慮剪脹的分析 87
4.4.3  考慮初始應力的分析 87
4.5  本章小結 88
第5章  接觸面理論及應用 89
5.1  接觸對 89
5.1.1  基本特性 89
5.1.2  接觸對定義中的關鍵問題 89
5.1.3  接觸對的定義方法 92
5.2  接觸面相互作用力學模型 94
5.2.1  接觸面的法向模型 94
5.2.2  接觸面的摩擦模型 95
5.2.3  接觸面的計算輸出結果 96
5.2.4  接觸面力學模型定義方法 97
5.3  接觸面模擬中可能遇到的問題 100
5.3.1  接觸面的初始相對位置 100
5.3.2  正確定義表面 101
5.3.3  避免迭代次數過多 102
5.3.4  避免過約束（Overconstraints） 103
5.4  算例分析 103
5.4.1  問題的描述 103
5.4.2  創建部件 103
5.4.3  設置材料和截面屬性 104
5.4.4  裝配部件 105
5.4.5  定義分析步 105
5.4.6  定義接觸 105
5.4.7  定義載荷、邊界條件 106
5.4.8  劃分網格 106
5.4.9  提交任務 107
5.4.10  結果處理 107
5.5  本章小結 110
第6章  用戶子程序 111
6.1  用戶子程序總體介紹 111
6.1.1  用戶子程序的基本知識 111
6.1.2  用戶子程序編寫注意事項 111
6.2  用戶自定義材料子程序UMAT 112
6.2.1  UMAT子程序格式和變量說明 113
6.2.2  如何在分析中使用自定義材料 114
6.2.3  Mises彈塑性模型的UMAT子程序編寫實例 116
6.3  用戶自定義接觸面摩擦模型子程序FRIC 126
6.3.1  FRIC子程序格式和變量說明 126
6.3.2  如何在分析中使用自定義接觸面摩擦模型 127
6.3.3  非線性彈性摩擦模型 128
6.4  用戶自定義單元子程序UEL 135
6.4.1  UEL子程序格式和變量說明 135
6.4.2  如何在分析中使用自定義單元 137
6.4.3  平面三節點線彈性梁單元UEL子程序編寫實例 139
6.5  其他幾個常用的用戶子程序 143
6.5.1  自定義邊界條件子程序DISP 144
6.5.2  自定義載荷子程序DLOAD 144
6.5.3  自定義初始孔隙比分布的子程序VOIDRI 144
6.6  本章小結 145
第7章  用戶自定義材料二次開發 146
7.1  鄧肯模型的二次開發 146
7.1.1  鄧肯模型介紹 146
7.1.2  鄧肯模型的UMAT子程序編寫 147
7.1.3  三種不同的應力積分算法 147
7.1.4  算例驗證 152
7.2  邊界面模型的二次開發 158
7.2.1  邊界面模型介紹 159
7.2.2  邊界面模型的應力積分算法 161
7.2.3  編程要點 164
7.2.4  算例驗證 165
7.3  本章小結 167
第8章  土體固結沉降分析 168
8.1  ABAQUS/Standard中的固結計算功能 168
8.2  ABAQUS/Standard中與固結計算相關的基本概念 168
8.2.1  孔隙介質中的流體流動 168
8.2.2  有效應力原理 169
8.2.3  固結計算中的孔壓 169
8.3  使用流體滲透/應力耦合分析步進行固結計算 169
8.3.1  分析類型 169
8.3.2  增量步時間步長的選擇 171
8.3.3  單元選擇 173
8.3.4  材料模型 173
8.3.5  載荷和邊界條件 174
8.3.6  設置初始條件 174
8.3.7  固結計算中的輸出變量 176
8.3.8  固結計算中的單位 177
8.4  算例 177
8.4.1  太沙基（Terzaghi）一維固結 177
8.4.2  劍橋粘土地基固結分析 183
8.4.3  堆載預壓模擬 198
8.5  本章小結 204
第9章  非飽和滲流與流固耦合分析 205
9.1  非飽和滲流問題中的邊界條件 205
9.1.1  土壩滲流的典型邊界條件 205
9.1.2  ABAQUS/Standard提供的特殊滲流邊界條件功能 206
9.2  非飽和滲流問題中的材料模型 209
9.2.1  飽和度對滲透性能的影響 209
9.2.2  飽和度與基質吸力之間的關系 209
9.3  算例 211
9.3.1  二維均質土壩的穩定滲流分析 211
9.3.2  三維混合壩的穩定滲流分析 217
9.3.3  邊坡降雨入滲分析 222
9.4  本章小結 233
第10章  自定義排水板單元的二次開發 234
10.1  排水板地基固結的常規處理方法 234
10.2  自定義排水板單元的開發 235
10.2.1  排水板單元的構造 235
10.2.2  排水板單元的理論推導 236
10.2.3  排水板UEL子程序的編寫 239
10.3  自定義排水板單元的算例驗證 241
10.3.1  采用實體單元劃分排水板的算例 241
10.3.2  采用自定義實體單元劃分排水板的算例 246
10.3.3  Hansbo理論解答 248
10.4  本章小結 249
第11章  基樁低應變檢測的數值模擬 250
11.1  動力求解方法的簡單介紹 250
11.1.1  模態分析方法 250
11.1.2  直接積分法 251
11.1.3  動力分析中的阻尼 251
11.2  ABAQUS/Standard中的隱式積分算法 252
11.2.1  隱式積分方法的特點 252
11.2.2  隱式積分算法中的時間步長控制 252
11.2.3  使用隱式積分算法求解動力問題 253
11.3  ABAQUS/Explicit中的顯式積分算法 255
11.3.1  顯式方法適用的問題類型 255
11.3.2  顯式算法的條件穩定性 256
11.3.3  隱式積分算法中的時間步長控制 257
11.3.4  使用顯式積分算法求解動力問題 258
11.4  隱式與顯式求解方法的比較 259
11.4.1  一般比較 259
11.4.2  節點自由度增加對計算資源耗費的影響 260
11.5  算例分析 260
11.5.1  低應變動力檢測方法原理簡介 260
11.5.2  一維桿件內應力波的傳遞分析 261
11.5.3  PCC樁低應變檢測中的三維效應 267
11.6  本章小結 280
第12章  樁基承載力分析 281
12.1  樁基承載力理論 281
12.1.1  a方法 281
12.1.2  b方法 281
12.2  樁的加載速度 282
12.3  算例分析 283
12.3.1  不排水條件下的豎直受載樁 283
12.3.2  排水條件下的豎直受載樁 290
12.3.3  管樁豎向載荷作用下的工作性狀 292
12.3.4  樁在水平載荷作用下的工作性狀 294
12.4  本章小結 297
第13章  巖土開挖問題求解 298
13.1  ABAQUS中的單元生死功能 298
13.1.1  單元的移除 298
13.1.2  單元的激活 298
13.1.3  接觸對的移除和激活 299
13.1.4  單元生死操作中的注意事項 299
13.2  算例分析 300
13.2.1  隧道開挖分析 300
13.2.2  內撐式基坑開挖模擬 308
13.3  本章小結 314
第14章  巖土貫入問題求解 315
14.1  巖土貫入問題的有限元處理思路 315
14.2  ABAQUS中的ALE方法 316
14.2.1  在ABAQUS/Explicit中激活ALE功能 317
14.2.2  ALE方法的網格劃分方法及控制參數 318
14.2.3  ALE方法的解答傳輸方法 322
14.2.4  ALE分析中的結果分析 323
14.3  巖土貫入問題算例 323
14.3.1  靜壓樁擠土效應數值模擬 323
14.3.2  粘土地基中的CPT圓錐靜力貫入試驗模擬 334
14.4  本章小結 342
第15章  土石壩的靜力與動力分析 343
15.1  基于ABAQUS的土石壩靜力分析 343
15.1.1  鄧肯模型的開發 343
15.1.2  填方分層施工模擬及新填土層的位移修正 344
15.1.3  浸水濕化變形的處理 344
15.2  基于ABAQUS的土石壩動力分析 345
15.2.1  等效線性模型的開發 345
15.2.2  壩體材料的液化判別 347
15.2.3  永久變形分析 347
15.3  算例分析 348
15.3.1  理想均質土石壩的施工及蓄水過程模擬 348
15.3.2  一維場地地震反應模擬 363
15.3.3  三維心墻土石壩靜、動力分析 373
15.4  本章小結 392
第16章  邊坡穩定性分析 393
16.1  強度折減法的基本原理 393
16.2  強度折減法在ABAQUS中的實現 394
16.3  算例分析 394
16.3.1  二維均質土坡穩定性分析 394
16.3.2  抗滑樁加固土坡穩定性分析 404
16.4  本章小結 411
參考資料 412

1. FLAC3D在巖土工程中的應用 [孫書偉 林杭 任連偉 編著]
2. ABAQUS在隧道及地下工程中的應用 [陳衛忠 伍國軍 賈善坡 著]
3. ABAQUS 6.6基礎教程與實例詳解 [劉展 主編]