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课程大纲
   
 

  • 一、  理论部分

    1、数值分析

    数值分析是随着计算机技术广泛应用而形成的一种计算分析方法，它是一种与实验和理论互为补充的有力、有效地分析工具。在岩土工程中，按照古典结构力学和弹塑性力学来求解一些问题时，可以给出求解域内基本未知函数在假定计算条件下的“精确解”，此解对求解域内及边界上的所有无限个点都成立，但这种解仅对包含未知量不多的比较简单的问题才能得到，因此，具有十分明显的局限性。工程实践中的岩土工程问题是十分复杂的，其解析解往往难以得到，在这种情况下，数值计算方法应运而生。对涉及复杂性质（非线性的应力-应变关系、非均质和各向异性等）的材料、各种边界条件、任意荷载情况以及任意几何形状等工程问题，通过数值计算可以得到与实际情况近似的解。


    2、关键问题

    1.现在的极限分析软件能够实现越来越复杂的（工程）计算分析，能够处理诸如复杂的多层地层、超孔隙水压力条件、各种线性和非线性剪应力模型、几乎任意形状的滑动面、集中荷载以及加固结构等问题。基于条分法的极限平衡方程越来越多地应用在诸如锚杆挡墙、土钉或土工布加固边坡的稳定性分析，甚至用于承受高强度水平荷载的结构物的滑动稳定性分析，比如冰川的漂移等。SLOPE/W是一整套被称为“GeoStudio”的岩土工程分析软件中的一个模块。这个集成的解决方案的显著特征之一，就是为分析一系列更广泛更复杂的问题开启了一扇门，包括在稳定分析中使用有限元计算孔隙水压力和应力。一套集成的解决方案不仅可以拓宽分析的范围，而且能克服纯粹极限平衡方程的一些局限性，增强软件解决问题的能力。

    2.用一个数值模型来模拟土中水的流动是非常复杂的。土作为天然沉积物通常是高度非均质和各向异性，除此之外，边界条件经常随着时间改变，而且在分析开始时总是不能够准确地定义（正确的边界条件本身是结果的一部分）。而且，当土变成非饱和时，渗透系数或者水的传导性是土中负孔隙水压力的函数。由于孔隙水压力是主要的未知量，必须计算得到，迭代数值技术被用来计算孔隙水压力和材料性质的适当组合，这是一个非线性问题。这些复杂性使得必须使用一些形式的数值分析技术来分析所有而不是最简单的渗流问题。

    3. SIGMA/W是一款用来进行土结构应力和变形分析的有限元软件。它可以分析简单和高度复杂的问题。例如，SIGMA/W可以分析简单的线弹性变形问题或者高度复杂的非线性弹塑性有效应力问题。当与其它Geo-slope软件产品耦合使用时，使用完全耦合或间接耦合的方法，也可以模拟土结构响应外部加载的孔隙水压力的产生和消散。SIGMA/W可应用于岩土、土木和采矿工程的分析和设计。

    4.地震对地面建筑物产生的惯性力对其稳定性有很大影响，震动可产生超孔隙水压力。应用QUAKE/W分析软件，可将边坡分析中动应力及其产生的孔隙水压力同时考虑，能够很好的研究地震对地面建筑物的稳定性和变形的影响。在QUAKE/W软件中计算出的地震引起的超孔隙水压力，可通过SEEP/W软件分析其消散所需时间。地震波引起的超孔隙水压力的消散在震后可导致固结变形的发生，可能对建筑物和边坡稳定性产生影响。QUAKE/W软件中的各种模型公式使得QUAKE/W可对多种领域的问题进行分析计算。利用SEEP/W和SIGMA/W软件，对QUAKE/W软件计算的孔隙水压力的分析，可以模拟震后的固结变形。


    二、  软件操作部分

    1、GeoStudio软件基本模块概述

    GeoStudio是一套专业的岩土工程和环境岩土工程仿真分析软件，它包括以下八个专业软件：

    SLOPE/W（边坡稳定性分析软件）

    SEEP/W（地下水渗流分析软件）

    SIGMA/W（应力变形有限元分析软件）

    QUAKE/W（动力响应分析软件）

    TEMP/W（地下热传递分析软件）

    CTRAN/W（污染物运移分析软件）

    AIR/W（水-气两相流分析软件）

    VADOSE/W（地表环境下非饱和区渗流分析软件）


    2、SLOPE/W（边坡稳定性分析软件）

    SLOPE/W 软件是全球先进的岩土边坡稳定性分析软件之一，它使用极限平衡理论，软件内置多种滑移面搜索方法、孔隙水压力条件、土体强度本构模型以及加固组件和荷载工况等，可以对简单或复杂的边坡进行稳定性分析，可以进行边坡失效概率分析和参数敏感性分析。SLOPE/W软件还可以应用有限元方法对大部分边坡稳定性问题进行有效计算和分析。

    应用SLOPE/W分析程序，可以对岩土工程、水利水电、市政、土木、采矿工程等领域中遇到的几乎所有边坡稳定性问题进行分析评价，是全球广泛应用的边坡稳定性分析软件。


    典型应用：

    天然岩土边坡

    开挖形成的边坡

    坝体、堤防

    挖基坑挡墙

    锚固支撑结构

    边脚护堤

    顶部附加载荷的边坡

    土体加固（包括土钉和土工布）

    地震边坡稳定

    张拉裂缝边坡

    部分或全部淹没的边坡

    任意点的线荷载边坡

    非饱和土的强度影响


    3、SEEP/W（地下水渗流分析软件）

    SEEP/W 是一款岩土体渗流分析软件，可以分析从简单的饱和问题到复杂的非饱和问题，稳态渗流和瞬态渗流。软件可以定义渗透各项异性，通过瞬态分析，可以得出不同时刻不同点的孔隙水压力分布状况，其结果可以被用于SLOPE/W研究边坡、路堤稳定性随时间变化的关系。

    在污染物运移问题中，地下水渗流速度是关键因素之一，通过SEEP/W软件计算出地下水渗流速度，应用于CTRAN/W软件分析污染物的扩散、转移。

    SEEP/W 软件被广泛应用于岩土工程、水利水电、市政、土木、环境、采矿工程等领域渗流问题的分析和设计，是全球市场上主流的渗流分析软件。


    典型应用：

    坝体、堤防各种运行工况渗流分析

    边坡稳态渗流分析，降雨或水位变化引起的边坡瞬态渗流分析

    水库抽水后水位降低引起的超孔隙水压力的消散

    储水结构，如泻湖和废料池下的地下水位的抬升

    地下排水沟和注水井的影响

    蓄水层被抽水而引起的水位降低

    流入基坑中的渗流量等


    4、SIGMA/W（应力变形有限元分析软件）

    SIGMA/W软件是一款用于岩土结构中的应力和变形分析的专业软件。SIGMA/W软件可以求解线弹性变形问题、高度复杂的非线性弹塑性问题，用总应力法和有效应力分析方法。SIGMA/W还可以执行诸如堆载和开挖等工况分析，还可以进行软土固结分析，以及包含排水措施的固结分析。

    SIGMA/W软件被广泛应用于岩土工程、水利水电、市政、土木、环境、采矿工程等领域几乎所有的应力或变形问题。


    典型应用：

    有土工构筑物的地基沉降变形

    堤防或土坝内部或底部的变形问题

    隧道周围的变形和应力问题

    基坑开挖以及支护变形分析

    孔压改变引起的土体变形

    土与结构的相互作用：包括锚杆、开挖支撑和桁架结构的相互作用

    全耦合固结分析


    5、QUAKE/W（动力响应分析软件）

    QUAKE/W软件是一款用来分析由于地震冲击波、爆炸产生的动态载荷或者碰撞产生的冲击载荷等作用下的土工结构动力问题的岩土有限元分析软件。它可用来预测地震作用下的沙土液化范围、超孔隙水压力分部情况等，与SLOPE/W一起可以分析地震或震动作用下的边坡稳定性问题。


    典型应用：

    岩土堤坝动力分析

    天然岩土边坡动力分析

    地基的沉降

    动态爆炸产生的冲击载荷动力分析

    地震载荷作用下可能产生超孔隙水压力分析。
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