探讨ABAQUS中摩尔库伦本构模型在基坑开挖中的不适用原因

今天，我们一起来看一看摩尔库伦本构在基坑开挖中的应用。

众所周知，我们土体的摩尔库伦本构是不适用于我们的一般基坑开挖模拟的，很多同学都知道这个结论或者说知识点，但是我在很多地方搜索发现，并没有告诉我们原因，最后在一个岩土网论坛的大佬帖子中找到了答案。

首先我建立一个基坑开挖的模型，土体尺寸为100m×100m×60m，进行土体开挖，将该土体进行圆形基坑开挖，开挖直径取为20m，开挖深度为8m。

一共建立两个模型，一个模型的土体材料用摩尔库伦本构，另一模型的土体材料采用修正剑桥本构。注意，此处我们只讨论不同本构下基坑的变形规律，所以我们的土体并不是一类土(在此处我也不给一种土的数据了，一般的地勘报告也不一定给全)。修正剑桥本构的知识我们后续再讲。

土体施加自重荷载，进行地应力平衡后进行开挖，土体边界条件及荷载图如下图所示：

将所建模型进行开挖，最终我们得到基坑的变形图如下两图所示(为观察方便，给出合适的变形比例)：

摩尔库伦本构基坑开挖变形图：

修正剑桥本构基坑开挖变形图：

由上图我们可以得知，通过摩尔库伦本构开挖的基坑会导致巨大的基坑回弹，基坑边缘变形也与实际情况相反，通过修正剑桥本构开挖的基坑计算中断(可能是因为土体不同，或本构导致结构卸载弹性模量有变化，修正剑桥本构土体有较大变形导致)但底部有隆起，基坑边缘向圆心变形，边缘下滑，由此得知，我们的修正剑桥本构更符合基坑开挖的模拟。

但是，此处开挖时，如果有摩尔库伦本构继续开挖，开挖到更深层时，基坑边缘会产生向圆心变形，边缘下滑，但距离边缘一定位置处的土体依然会因为之前的隆起，位移呈现向上隆起的状态，坑底隆起依旧较大。

因此，在我们摩尔库伦本构的基坑开挖过程中，最初的基坑变形会与实际经验相反，后期变形基坑侧壁径向位移与实际变形相近。但是，如果我们需要通过强度折减法研究基坑的稳定安全系数，那就需要对摩尔库伦本构的抗剪参数进行折减，这样来看摩尔库伦本构在基坑开挖中也并非一无是处。

摩尔库伦本构不适用于基坑开挖的具体原因如下：

修正剑桥模型在卸荷时较加荷具有更大的模量，而摩尔库伦模型的加荷和卸荷模量相同，且无法考虑应力路径的影响，这导致摩尔库伦模型产生很大的坑底回弹。修正剑桥模型地表变形较为接近实际，而摩尔库伦模型的地表位移则表现为回弹，这与工程经验不符。这种差别的原因还是由于摩尔库伦模型的回弹过大，进而显著地影响了地表的变形。

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