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作为国际上最先进的大型通用有限元软件之一,ABAQUS已广泛应用于各个行业领域,但其现有功能并不能完全满足各行业高级用户的某些要求,如该程序现有岩土材料模型很有限或存在某些缺陷。为此,本文依托其二次开发平台,采用Fortran语言和向后欧拉隐式积分算法开发了若干用户材料子程序(UMAT)并应用于实例分析,主要研究内容如下:(1)在有限元计算中若采用的屈服面存在尖角或奇异点会导致塑性流动方向不唯一,致使数值计算的反锁和收敛缓慢,甚至不收敛,针对具有奇异屈服面的Mohr-Coulomb和Tresca准则,本文在尖角处附近采用圆弧代替原屈服面,即“圆化”,推导了该圆弧即屈服函数表达式,且塑性势函数采用相似表达式,可以考虑相关流动法则,以弥补ABAQUS内嵌Mohr-Coulomb模型只能考虑非相关联流动法则的不足。(2)由于内嵌的Mohr-Coulomb模型不能考虑相关联流动法则,因此根据推导出的新的修正Mohr-Coulomb屈服准则方程,编写相应的子程序UMAT,用室内常规的三轴试验和岩土基准测试所采用的一个经典二维基坑开挖实例验证了程序的正确性。在此UMAT为基础上,又进一步考虑岩土体模量随周围压力即深度的变化,并采用修改后的UMAT数值模拟受侧向荷载群桩试验,与实测数据对比验证了该程序的正确性和适用性。(3)目前在岩土边坡分析过程中,经常忽略岩土体的抗拉强度,但边坡在接近失稳时,后缘自地表往下一定深度范围的岩土体会受拉应力作用,因此本文根据一学者提出的可以考虑土体抗拉强度的修正Mohr-Coulomb函数编制了 UMAT,采用一经典的二维黏土边坡算例,计算分析得到考虑土体的抗拉强度时边坡的安全系数小于不考虑土体抗拉特性的结果,反映了考虑土体抗拉强度在边坡稳定性分析中的必要性,尤其是对具有抗拉强度较大的结构性黄土边坡。(4)土体在很小荷载的作用下即处于非线性状态,线性弹性状态可以忽略不计。内嵌的Mohr-Coulomb模型为理想弹塑性模型,而Duncan-Chang模型则能很好的反映土体的非线性弹性性质。根据两者的优点,建立非线性-理想塑性模型,以实现土体在弹性阶段土体应力-应变关系为非线性,而在屈服后即塑性阶段采用理想塑性模型模拟土体的塑性变形。根据室内三轴试验实测数据验证了相应的UMAT的正确性和适用性,并应用到一个实际三维基坑工程开挖过程模拟,一个考虑相互作用的框架结构浅基础的优化设计和两个相邻深浅基坑开挖对坑底隆起影响分析。