土體本構
關注創建者：匿名 創建時間：2021-12-06
土體本構的視頻教程
土體彈塑性本構理論（臨界狀態理論，劍橋模型，狀態相關本構，邊界面模型）
本套課程將由淺入深教大家一些土體本構方面的理論知識。本構就是用數學公式描述土體的復雜特性，因此掌握一些本構相關知識對了解土體性質，進而開展巖土工程問題的研究具有重要意義。同時本課程的課件及參考資料都會在附件里贈送給大家。
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【B01-3】Abaqus簡單二維基坑放坡開挖分析（視頻免費）
土體本構選用摩爾庫倫（MC）本構。開挖分析不考慮流固耦合。整體認為水土合算。 視頻免費觀看。 課程價格是下載附件價格。
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土體本構的實例教程
使用abaqus模擬隧道分階段開挖，土體開挖一層襯砌激活一層，土體本構采用修正劍橋本構，模型部分設置和結果見圖片
本文的研究思路將從材料本構模型的驗證出發，從結構構件到隔震支座，最后再到整體結構，對這幾個部分的動力響應進行研究。
3 材料本構及構件模型解讀與分析
3.1地基土體
當前由研究人員所提出的每種土體本構模型僅能夠反映土的某一類或幾類現象，具有一定的應用范圍和局限性。對于樁－土－隔震結構這一耦合體系的動力相互作用，涉及到上部結構、隔震層、地基等多種因素，再加上復雜的土體性質，土體本構模型需有針對性的選用。
在<a href="/major/<a href="/major/<a href="/major/ABAQUS 中常用的土體本構模型包括：線彈性模型、DC模型（應力應變關系見圖1-1）、Mohr-Coulomb模型（屈服面見圖1-2），Drucker-Prager模型等。由于現有的土體本構模型無法滿足土體所有特點，需根據所研究問題選取合適的土體本構和計算參數。本文以常見的均勻土層作為地基土，采用ABAQUS中以粘彈性理論為基礎的等效線性模型，盡管仍有不足，但該模型是基于大量實驗結果歸納得到，形式簡單直觀，適用于考慮樁-土耦合對隔震結構動力響應的初步分析。
圖1-1 DC模型關于三軸試驗的應力- 應變關系
圖1-2 主應力空間中的 MC 屈服面
3.2混凝土
當遭遇強烈地震作用時，結構將進入非線性階段，其材料特性發生較大改變，若只進行線彈性分析則所得結果有較大誤差，因此建筑結構的時程分析應考慮材料的非線性特性。
展開 基坑開挖數值分析中的一個關鍵問題是選取一個合適的土體本構模型。而通過對基坑開挖過程中土體的主要應力變化路徑進行分析，發現模擬開挖條件下的土體本構模型應能合理考慮土體變形特性的應力路徑相關性和壓硬性。Hardening Soil Model 采用了不同的加荷與卸荷模量，能夠反映土體應力路徑的影響，且考慮了土體模量的應力水平相關性，能預測得到較合理的坑壁側移、地表沉降以及支護結構的內力，因而建議采用Hardening Soil Model進行基坑開挖數值模擬分析。
Hardening Soil Model 介紹
Hardening Soil Model (HSM)是Schanz等提出的一種以塑性理論為基礎的雙屈服面模型。該模型的應力-應變關系采取了Kondner等建議的雙曲線形式，如圖1所示。塑性部分采取了各向同性的硬化準則，可同時考慮剪切硬化和壓縮硬化，該模型采用了 Mohr-Coulomb 準則來描述土體的破壞行為。
展開 原始劍橋模型由英國劍橋大學Roscoe等人于1958年提出（Roscoe等，1958），他首次將固結、剪切、剪脹、剪縮以及臨界狀態理論納入到一個統一的框架內，在土體本構理論的發展歷史中具有里程碑式的意義。再次基礎上，為了保證等向固結試驗中土體不產生塑性剪應變，1968年Roscoe又提出了修正劍橋模型（Roscoe和Burland，1968），將屈服面的表達式改寫為橢圓形形式。
有關劍橋模型和修正劍橋模型的詳細介紹及推導可以參考《土的本構關系》這本書（高清PDF可見本帖附件），也可以看我的本構視頻課程《土體彈塑性本構理論（臨界狀態理論，劍橋模型，狀態相關本構，邊界面模型）》（課程鏈接：https://www.yqgqt.org.cn/video/c15737），在此不再贅述。
圖1. 劍橋模型與修正劍橋模型屈服面（左）；等向固結試驗參數（右）
本帖附件內提供了利用修正劍橋模型對不同超固結比（OCR）的排水及不排水試驗進行模擬的Matlab程序。程序得到的模擬結果見圖2。Matlab程序內的每一段代碼基本均有詳細注釋，每一個公式后均標注了該公式在PDF資料內對應的編號，如圖3所示。所有Matlab程序均通俗易懂，清晰明了，十分適合初學者學習，希望能對大家有所幫助。加我QQ私聊可9折優惠（2378099909）。
圖2. 不同OCR的不排水（上）及排水（下）三軸壓縮試驗模擬
圖3. 部分程序代碼展示
展開 今天，我們一起來看一看摩爾庫倫本構在基坑開挖中的應用。
眾所周知，我們土體的摩爾庫倫本構是不適用于我們的一般基坑開挖模擬的，很多同學都知道這個結論或者說知識點，但是我在很多地方搜索發現，并沒有告訴我們原因，最后在一個巖土網論壇的大佬帖子中找到了答案。
首先我建立一個基坑開挖的模型，土體尺寸為100m×100m×60m，進行土體開挖，將該土體進行圓形基坑開挖，開挖直徑取為20m，開挖深度為8m。
一共建立兩個模型，一個模型的土體材料用摩爾庫倫本構，另一模型的土體材料采用修正劍橋本構。注意，此處我們只討論不同本構下基坑的變形規律，所以我們的土體并不是一類土(在此處我也不給一種土的數據了，一般的地勘報告也不一定給全)。修正劍橋本構的知識我們后續再講。
土體施加自重荷載，進行地應力平衡后進行開挖，土體邊界條件及荷載圖如下圖所示：
將所建模型進行開挖，最終我們得到基坑的變形圖如下兩圖所示(為觀察方便，給出合適的變形比例)：
摩爾庫倫本構基坑開挖變形圖：
修正劍橋本構基坑開挖變形圖：
由上圖我們可以得知，通過摩爾庫倫本構開挖的基坑會導致巨大的基坑回彈，基坑邊緣變形也與實際情況相反，通過修正劍橋本構開挖的基坑計算中斷(可能是因為土體不同，或本構導致結構卸載彈性模量有變化，修正劍橋本構土體有較大變形導致)但底部有隆起，基坑邊緣向圓心變形，邊緣下滑，由此得知，我們的修正劍橋本構更符合基坑開挖的模擬。
但是，此處開挖時，如果有摩爾庫倫本構繼續開挖，開挖到更深層時，基坑邊緣會產生向圓心變形，邊緣下滑，但距離邊緣一定位置處的土體依然會因為之前的隆起，位移呈現向上隆起的狀態，坑底隆起依舊較大。
展開 
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Abaqus巖土常見問題6個月前
目錄
一、 沖擊頻率 1
（一） 兩種常見設置方式 1
（二） 匹配 “分析時間” 與 “時間步長” 2
二、 什么是地應力，為什么在開挖之前要設置地應力分析步 2
三、 鉆孔仿真需要什么材料屬性 4
四、 Abaqus中靜水壓力 4
五、 Abaqus中土體本構 5
（一） Mohr-Coulomb
土體：MCC本構，探頭：剛體。涉及大變形以及重啟動操作，因此有兩個模型：PENE、TEMP，TEMP是在PENE的基礎上建立的。
First model：PENE
Part&Property&Assembly：為了后續進行傳熱，探頭要采用變形體，但是顯然不對的，這里我做了兩個改變：（1）把彈性模量拉到很大；（2）給探頭整體一個剛體約束，避免探頭本身的變形。
</p><p><img src="https://img.jishulink.com/msimage/202412/4f5083561fb092ba5c8cc7a1d7cec72f.png"></p><p>圖6路基邊坡有限元分析</p><p>樁土共同作用分析：樁土相互作用復雜，傳統確定單樁荷載 - 沉降關系的方法對大直徑樁試驗難度大，ABAQUS 憑借完善的土體本構模型和良好的樁土接觸功能，可方便進行樁土共同作用分析
，或本構導致結構卸載彈性模量有變化，修正劍橋本構土體有較大變形導致)但底部有隆起，基坑邊緣向圓心變形，邊緣下滑，由此得知，我們的修正劍橋本構更符合基坑開挖的模擬。
使用abaqus模擬隧道分階段開挖，土體開挖一層襯砌激活一層，土體本構采用修正劍橋本構，模型部分設置和結果見圖片
有關劍橋模型和修正劍橋模型的詳細介紹及推導可以參考《土的本構關系》這本書（高清PDF可見本帖附件），也可以看我的本構視頻課程《土體彈塑性本構理論（臨界狀態理論，劍橋模型，狀態相關本構，邊界面模型）》（課程鏈接：https://www.yqgqt.org.cn/video/c15737），在此不再贅述。
圖1.
（臨界狀態理論，劍橋模型，狀態相關本構，邊界面模型）
https://www.yqgqt.org.cn/video/c15737
否
土體亞塑性本構理論
https://www.yqgqt.org.cn/video/c15800
否
VUMAT二次開發教程從入門到高級
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6.1 巖土-結構相互作用原理
6.2 beam單元的運用
6.3 cable單元的運用
6.4 Hybrid單元的運用
6.5 Liner單元的運用
6.6 Pile單元的運用
6.7 Shell單元的運用
: 上機操作：各種結構單元的設置演示
七、3DEC靜力學分析
7.1 巖土體參數獲取與賦值
7.2 巖土體的本構模型選取
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