浅用一下GTS NX饱受诟病的HSS本构
大家好，我是马璐寒~~
HSS（Hardening Soil-Small strain stiffness）本构常用于模拟各种开挖，因为其可以考虑小应变条件下的土体初始刚度，所以常用于模拟各类开挖。但是以前的midas GTS NX中的HSS本构，不仅收敛性差，而且计算时候经常报错，鲜少能有成功案例，所以大多数时候，需要用到HSS的时候都用MMC本构（修正摩尔-库伦，或HS本构，为跟软件叫法对应，后面统一称MMC本构）来代替（求生欲：没有说MCC本构不好的意思）。最近迈达斯公司更新了新版本，据说新版本中的HSS本构有了很大改善。今天找个实际模型来浅试一下，对比一下MMC和HSS本构的计算情况。硬化土模型(Hardening Soil Model)是由Schanz在 Duncan-Chang 模型的基础上引入塑性理论，同时考虑土的剪胀性和压缩屈服面提出来的。最初土体小应变分析是用于土的动力分析中，Hardin 和Drnevich提出了剪切刚度与初始剪切刚度的关系，Benz又将这个关系用于硬化土模型中并加以修正使硬化土模型能反映土的小应变刚度，这就是硬化土小应变本构模型(Hardening Soil Small)，即 HSS 模型。所以以前在一些现场培训中，提到过说，HSS其实是由动力本构发展演化过来的。（如果搞明白了HSS本构，也就搞明白了Hardin -Drnevich本构。开不开心
）总结一下：HSS模型以HS模型为基础，结合Hardin -Drnevich本构的剪切模量关系，不仅能考虑土体的压缩硬化和剪切硬化，还能考虑土在小应变时的刚度非线性变化。基于以上背景，结合一个实例来看一下MMC本构（HS本构）和HSS本构的计算对比。某基坑项目，拟开挖深度约26.5米，基坑支护拟采用地下连续墙+内支撑方
案，基坑分一期、二期开挖。周围存在多个建筑物，分析主要评价基坑开挖对临近几个建筑物的影响。
【拟分析基坑模型效果图】
模型单元数量329806个，节点数量205606个，施工步骤22个。分别采用HS和HSS本构来计算，计算电脑联想GeekPro（ 8G 1T+256G SSD GTX1660Ti，2020年初购入时价格6099元）。
从计算收敛性来看，HSS本构一改之前版本计算过程中的各种滑铁卢，每个分析工况都可以顺利计算，收敛性确实有很大改善。相同的模型，MMC本构计算时长8925.8s，平均每个施工步用时405.72s；HHS本构计算用时10434.3s，平均每个施工步用时474.29s。从计算时长来看，对比结果很感人了。要知道HSS本构在之前的版本中，鲜少能过第一步计算的。给个掌声鼓励一下~~手动鼓掌~~
从计算结果来看，HSS的主要阶段计算结果大于MMC本构的计算结果。1期基坑开挖结束后MMC本构的最大沉降值4.22mm，HSS本构的沉降结果11.92mm。2期基坑开挖结束后，MMC本构的最大沉降值6.94mm，HSS本构的沉降结果19.72mm。
从位移发展曲线结果来看，地连墙水平位移及地面沉降随工况的发展曲线见下面四张图。提取位移的点位置随机。整体来看HSS本构的计算结果在大部分工况下的位移都大于MMC本构。
【1期基坑地连墙水平合位移对比曲线】
【2期基坑地连墙水平合位移对比曲线】
【1期基坑坑周沉降位移对比曲线】
【2期基坑坑周沉降位移对比曲线】
从每个工况的位移增量来看，HSS本构随着基坑开挖，位移增量更大，也即对开挖等一系列工况的反应更加敏感。
【地连墙水平合位移的增量曲线】
【坑周沉降位移的增量曲线】
综合以上结果：
1）从计算收敛性和计算时长来说：HSS相较于之前版本的GTS NX软件，收敛性有极大改善（想使用这个本构的，可以更新）。相较于MCC本构来说，计算时长略长，结合变形结果来看，各步骤的计算时长差异可以接受（对我来说）。
2）从计算结果来看，HSS的各方向的位移计算结果，整体变形趋势与MCC几乎完全一致，但是各工况下的位移值都体现出大于MCC本构。（其实有些步骤HSS的结果是小于MCC的，尤其是在开挖初期的小变形情况下，但是因为该模型基坑较深，每次开挖设置的厚度较大，所以该部分结果未显现出来）
3）从位移增量结果来看，HSS本构在各工况下的位移增量，比MCC变化更大，说明HSS本构对开挖等一系列工况的响应，较MCC更加敏感，其刚度非线性明显优于MCC本构。
好啦，以上就是本篇儿的全部内容啦~~
拜了个拜~
