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土是一种由土颗粒、水、气三相组成的,具有复杂力学特性的粒状材料,主要包含摩擦性、剪胀性、压硬性等基本特性,姚仰平等在土的三个基本特性基础上提出了适用于超固结土的统一硬化模型(UH模型),该模型不仅能够合理地反映超固结土的硬化软化、剪缩剪胀及应力路径相关特性,且具有参数少(参数与剑桥模型相同)、易于工程应用等优点。姚仰平等又提出了变换应力方法对UH模型进行三维化,又根据不同外部因素、不同特性及复杂加载,从UH模型基础上发展得到能反映某一因素的特殊UH模型,形成了一个以UH模型为核心的UH模型系列,如考虑温度、时间、吸力的UH模型,考虑渐近状态、颗粒破碎的UH模型等。甄文战、冯兴等根据UH模型理论及变化应力方法,实现了UH模型有限元实现。原UH模型UMAT子程序在进行有限元计算时会经常出现计算不稳定,如计算中途报错退出计算、计算收敛性差等问题,本文将在原UH模型UMAT子程序基础上,首先对其进行优化和补充,主要包括代码的模块化、对异常情况处理消除、对变换应力对真实应力的导数代码修正,得到了可以用于UH模型的三维问题的单元破坏修正方法,以消除计算产生的破坏应力状态。在优化UH模型UMAT子程序后,对UH模型UMAT进行扩展,分别编写得到了初始UH模型、考虑颗粒破碎UH模型、考虑渐近状态UH模型、考虑时间效应的UH模型、考虑温度效应与膨胀效应UH模型的UMAT子程序,实现了这些本构模型的有限元开发,并对其进行了验证。初始UH模型、考虑颗粒破碎UH模型和考虑渐近状态UH模型的加卸载判断不同于UH模型的加卸载判断,采用的是经典弹塑性加卸载方法,而考虑时间效应UH模型、考虑温度效应与膨胀效应UH模型需要加入外部因素(时间、温度、吸力),在加卸载判断及雅克比矩阵与UH模型是有区别的。本文采用优化的UH模型UMAT子程序或其他UH模型UMAT子程序分析具体工程问题:采用考虑颗粒破碎UH模型UMAT子程序预测分析堆石料的三轴压缩实验结果;采用有限元强度折减法(基于UH模型)对贵阳龙洞堡机场三期扩建工程的多个边坡进行边坡稳定分析;采用考虑温度效应和膨胀效应UH模型对China-mock-up进行热-水-力耦合计算。