midas详细操作过程--平面基坑应力渗流耦合分析

深基坑降水开挖的渗流场与应力场耦合分析的开题报告一、课题背景及意义随着城市化不断推进，高层建筑、桥梁、地铁等大型工程的建设越来越多。

其中，深基坑作为城市建设中不可或缺的一部分，其开挖施工所面临的困难和风险也越来越大。

在深基坑开挖的过程中，渗流场和应力场是相互耦合的，二者之间存在着复杂的相互作用关系。

因此，对深基坑降水开挖的渗流场与应力场耦合分析进行研究具有重要的理论和实际意义。

二、研究内容及方法本研究将从以下几个方面对深基坑降水开挖的渗流场与应力场耦合分析进行探究：1. 深基坑开挖及降水对渗流场和应力场的影响分析。

2. 渗流场及应力场耦合作用机理研究。

3. 建立深基坑开挖的渗流场与应力场耦合分析数值模型，并采用数值模拟的方法进行分析。

4. 借助 ANSYS 软件建立深基坑开挖的实验模型，进行物理实验验证。

三、预期成果本研究旨在探究深基坑降水开挖的渗流场与应力场耦合分析问题，预期成果包括：1. 深入研究深基坑开挖对渗流场和应力场的影响机理，深入探究二者相互耦合的作用机理。

2. 建立深基坑开挖的渗流场与应力场耦合分析模型，并进行数值模拟分析和物理实验验证，为该领域的研究提供新的思路和方法。

3. 为深基坑降水开挖施工提供重要的理论基础和技术支持，促进城市建设的有序推进。

四、研究计划及进度安排1. 阶段一：文献阅读与综述撰写；2. 阶段二：深入研究深基坑开挖对渗流场和应力场的影响机理，深入探究二者相互耦合的作用机理，并建立数值模型进行分析；3. 阶段三：基于 ANSYS 软件建立深基坑开挖的实验模型，进行物理实验验证；4. 阶段四：总结分析研究结果，撰写论文。

预计时间安排：1. 阶段一：2022 年 4 月至 2022 年 6 月；2. 阶段二：2022 年 7 月至 2023 年 3 月；3. 阶段三：2023 年 4 月至 2023 年 7 月；4. 阶段四：2023 年 8 月至 2023 年 10 月。

第一篇 MIDAS/GTS的分析功能岩土分析(geotechnical analysis)与一般的结构分析(structural analysis)有较大差异。

一般的结构分析注重荷载的不确定性，所以在分析时会加载各种荷载，然后对分析结果进行各种组合，最后取各组合中最不利的结果进行设计。

岩土分析注重的是施工阶段和材料的不确定性，所以决定岩土的物理状态显得格外重要。

在岩土分析中应尽量使用实体单元真实模拟围岩的状态、尽量接近地模拟岩土的非线性特点以及地基应力状态(自应力和构造应力)、并且尽量真实地模拟施工阶段开挖过程，这样才会得到比较真实的结果。

优秀的岩土分析程序应能真实地模拟现场条件和施工过程，并应为用户提供更多的材料模型和边界条件，让用户在做岩土分析时有更多的选择。

MIDAS/GTS不仅具有岩土分析所需的基本分析功能，并为用户提供了包含最新分析理论的强大的分析功能，是岩土和隧道分析与设计的最佳的解决方案之一。

MIDAS/GTS中提供的的分析功能如下：A. 静力分析 (static analysis)线弹性分析 (linear elastic analysis)非线性弹性分析 (nonlinear elastic analysis)弹性分析 (elastoplastic analysis)B. 施工阶段分析 (construction staged analysis)C. 渗流分析 (seepage analysis)稳定流分析 (steady state seepage analysis)非稳定流分析 (transient state seepage analysis)D. 渗流-应力耦合分析 (seepage stress analysis)1第一篇MIDAS/GTS的分析功能2 E. 固结分析 (consolidation analysis)排水/非排水分析 (drained/undrained analysis)固结分析 (consolidation analysis)F. 动力分析 (dynamic analysis)特征值分析 (eigenvalue analysis)反应谱分析 (response spectrum analysis)时程分析 (time history analysis)第一篇MIDAS/GTS的分析功能1. 静力分析 (Static Analysis)静力分析是指结构不发生振动状态下的分析，一般来说外部荷载的频率在结构的基本周期的1/3以下时可认为是静力荷载。

第5卷　第3期 地下空间与工程学报Vol.5 2009年6月 Chinese Journal of Undergr ound Space and Engineering Jun.2009　渗流场-应力场耦合作用下基坑三维数值分析3姚燕雅1,2;陈国兴1(1南京工业大学岩土工程研究所,南京210009;2.无锡城市职业技术学院,江苏无锡　214063)摘　要:通过某基坑工程实例,采用ABAQUS软件对基坑降水开挖过程进行了三维数值分析,得到了基坑的渗流场分布以及基坑围护墙的水平位移、坑后土体和道路地面的地表沉降的分布规律,并将数值计算结果与实测值进行了比较,两者规律一致,但不考虑渗流作用的结果明显是偏于不安全的。

研究表明,ABAQUS软件用于渗流场-应力场耦合作用下基坑工程的数值模拟是可行的,能反映较真实的基坑渗流与变形情况,能够为工程设计与施工提供正确参考。

关键词:深基坑;耦合作用;渗流场;沉降中图分类号:T U432 文献标识码:A　文章编号:1673-0836(2009)03-0499-06Three2D i m en si ona l Nu m er i ca l Ana lysis of D eep Founda ti on P itCon si der i n g the Effect of Seepage2stress F i eldsY AO Yan2ya1,2,CHE N Guo2xing1(1.Institute of Geotechnical Engineering,N anjing U niversity of Technology,J iangsu N anjing210009,China;2.W uxi U rban V ocational Technology Institute,D epart m ent of A rchitectural Engineering,W uxi214063,China)Abstract:Based on ABAQUS s oft w are,the3-D nu merical analysis is app lied t o one p ractical deep-founda2 ti on p it.The distributi on la ws of the seepage field,the wall’s horizontal dis p lace ment,the s oil’s settle ment and the r oad’s settle ment are all obtained fr om the analysis.According t o the comparative analysis bet w een the calculated value and the measured value,it can be known that the calculated value considering seepage is well in accordance with the measured value,though the calculated value without considering seepage is less than the measured value, thisresult is unsafe.The analysis shows that ABAQUS s oft w are can be used t o si m ulate the deep foundati on p it under the coup ling effect of seepage field and stress field,and it is reas onable,feasible,and can p r ovide s ome correct refer2 ences t o engineering design and constructi on.Keywords:deep2f oundati on p it;coup ling effect;seepage field;settle ment1　引言随着城市建设的发展,各类用途的地下空间已在世界各个大中城市大量涌现。

1 midas GTS背景介绍
midas GTS是北京迈达斯技术有限公司研发的岩土用软件，具有迈达斯软件专有优势：汉化界面、交互式操作、强大的可视化。

迈达斯技术有限公司由韩国浦项制铁发展而成的土木工程计算分析软件开发公司，具有独立的研发团队，并在中国、美国、日本、英国、印度、俄罗斯、新加坡等国家成立分公司。

北京迈达斯技术有限公司拥有一批国内研发团队，对软件再次“加工”，让midas 系列软件更加适合中国用户。

此外，北京迈达斯技术有限公司全面负责产品的销售与技术支持。

2 midas GTS功能介绍
midas GTS是为能够迅速完成对岩土及隧道结构的分析与设计而开发的“岩土隧道结构专用有限元分析软件”，是一款采用windows风格操作界面的完全中文化软件，能够提供完全的三维动态模拟功能。

程序提供应力分析、动力分析、渗流分析、应力-渗流耦合分析、边坡稳定分析、衬砌分析和设计功能，并提供莫尔库伦、修正莫尔库伦、邓肯-张、修正剑桥等14种本构及用户自定义本构模型；程序还提供便捷的几何建模功能、地形生成器、隧道建模助手、锚杆建模助手以及丰富的后处理结果；可以广泛应用于地下结构、岩土、水工、地质、矿山、隧道等方面的分析及科研。

自2005年在中国发布至今，在广大用户的信任和支持下，已经走过了九个年头，成为了岩土行业主流的分析与设计软件。

随着行业的发展，GTS也面临新技术的发展及完善，因此在2014年推出midas GTS NX（New Experience），分别在前处理、后处理及计算阶段进行了功能的改善，此外新增加了新的分析功能，具体见下表.
GTS NX功能一览表。

M I D A S/G T S(岩土和隧道结构专用分析系统)简介1前言MIDAS(迈达斯)是一种有关结构设计有限元分析软件，由建筑/桥梁/岩土/机械等领域的10种软件组成，目前在造船，航空，电子，环境及医疗等新纪尖端科学及未来产业领域被全世界的工程技术人员所使用。

由韩国MIDAS IT公司开发。

MIDAS IT(MIDAS Information Technology Co.Ltd)正式成立于2000年9月1日，主要业务是开发和提供工程技术软件，并提供建筑结构设计咨询服务及电子商务的综合服务公司。

浦项制铁(POSCO)集团成立的第一个venture company，隶属于浦项制铁开发公司(POSCO E&C)。

POSCO E&C是POSCO的一个分支机构，是韩国具实力的建设公司之一。

自从1989年由POSCO集团成立专门机构开始开发MIDAS软件以来，MIDAS IT在不断追求完美的企业宗旨下获得了飞速发展。

目前在韩国结构软件市场中，MIDAS Family Program的市场占有率排第一位，在用户最满意的产品中也始终排在第一位。

北京迈达斯技术有限公司为MIDAS IT在中国的唯一独资子公司，于2002年11月正式成立。

负责MIDAS软件的中文版开发、销售和技术支持工作。

在进入中国市场的第一年，MIDAS软件的用户就已经发展到500多家。

其产品主要分为四块具体见下图1及表1：图1 MIDAS应用领域表1 MIDAS应用领域MIDAS Family Program 机械领域Nastran FX 机械领域通用结构分析系统Midas FX+ 通用有限元分析前后处理软件建筑领域midas Gen建筑领域通用结构分析及最优化设计系统midas ADS剪力墙住宅楼结构分析及自动最优化设计系统midas SDS 楼板和筏板分析及最优化设计系统midas Set 单体构件设计辅助程序midasDrawing结构施工图及材料用量自动计量软件桥梁领域midas Civil桥梁领域通用机构分析及最优化设计系统midasAbutment桥台自动设计系统midas Pier 桥墩自动设计系统midas Deck 桥梁RC板自动设计系统midas FEA 桥梁领域结构详细分析系统岩土领域midas GTS 地基及隧道结构专用分析系统midas GTS2维地基及隧道结构专用分析系统2D（即将发布）midas GeoX 桥梁脚手架等特殊结构专用分析系统2 MIDAS GTS（地基及隧道结构专用分析系统）2.1 关于MIDAS GTSGTS(Geotechnical and Tunnel analysis System)是包含施工阶段的应力分析和渗透分析等岩土和隧道所需的几乎所有分析功能的通用分析软件。

基于 MIDAS／GTS 的高压隧洞渗流场与应力场耦合分析陈坤城;张巍;黄立财【摘要】MIDAS/GTS is a finite element analysis software for geotechnical and tunnel.By use of this software, coupling analysis of seepage field and stress field of tunnel with high-pressure is numerical simulated, which combined with Huizhou Pumped Storage Power Station in Guangdong Province.According to comparative analysis with other program’s results, the reliability and practicality of MIDAS/GTS are verified.It can be applied to similar projects in coupling analysis of seepage field and stress field of high-pres-sure tunnel.%MIDAS／GTS是针对岩土和隧道的有限元分析软件，利用该软件结合广东省惠州抽水蓄能电站工程，对高压隧洞渗流场与应力场耦合分析进行了数值模拟，并与其他程序计算结果进行了对比分析，验证了MIDAS／GTS软件计算结果的可靠性和实用性，可将其应用于同类工程渗流场与应力场耦合分析中。

【期刊名称】《广东水利水电》【年(卷),期】2016(000)004【总页数】4页(P22-25)【关键词】MIDAS/GTS;高压隧洞;渗流场;应力场;耦合【作者】陈坤城;张巍;黄立财【作者单位】广东省水利电力勘测设计研究院，广东广州 510635;广东省水利电力勘测设计研究院，广东广州 510635;广东省水利电力勘测设计研究院，广东广州 510635【正文语种】中文【中图分类】TV223.4随着《国家发改委关于促进抽水蓄能电站健康有序发展有关问题的意见》中明确指出了要适度加快抽水蓄能电站建设步伐，提出了到2025年全国抽水蓄能总装机约1亿kW的目标。

渗流—应力耦合作用下临库竖井开挖稳定性分析渗流—应力耦合作用下临库竖井开挖稳定性分析引言：临库竖井开挖是一种常见的地下工程施工形式，其稳定性对工程质量和安全具有重要影响。

而在实际工程中，由于地下水的渗流和周围岩体的应力耦合作用，临库竖井的稳定性问题变得更为复杂。

因此，通过对渗流—应力耦合作用下临库竖井开挖稳定性的分析，可以为工程设计和施工提供科学依据。

一、渗流—应力耦合作用下的临库竖井开挖稳定性机制1. 渗流作用：地下水是临库竖井开挖过程中重要的渗流介质。

当竖井开挖后，地下水会受到压力释放，导致周围地层的渗透性增加，进而引起地下水的流动。

渗流作用会改变周围地层的孔隙水压及渗透性分布，对岩体的稳定性产生影响。

2. 应力作用：临库竖井开挖过程中，由于地表和竖井底板的约束效应，会导致周围岩体的受力状态发生变化。

开挖后，岩体内部会发生应力重分布，产生较大的应力集中区域。

这些应力的变化会对岩体的强度和稳定性产生影响。

3. 渗流—应力耦合作用：地下水的流动和周围岩体的应力变化相互影响，形成渗流—应力耦合作用。

一方面，地下水的渗流会改变周围岩体的应力分布，对原有的应力状态产生影响；另一方面，岩体的应力变化会影响地下水的流动速度和方向。

渗流—应力耦合作用的存在，使得临库竖井开挖稳定性分析更具挑战性。

二、渗流—应力耦合作用下临库竖井开挖稳定性分析方法1. 数值模拟方法：通过数值模拟方法可以较为准确地分析渗流—应力耦合作用下临库竖井开挖稳定性。

首先，根据地质和水文地质调查数据建立岩体模型，并输入相关参数。

其次，采用数学模型和计算方法模拟临库竖井开挖前后的渗流与应力变化。

最后，通过分析模拟结果，评估临库竖井开挖后可能出现的稳定性问题。

2. 经验法：在实际工程中，常常根据经验法对渗流—应力耦合作用下临库竖井开挖稳定性进行初步评估。

例如，可以采用工程经验公式和图表，根据地下水位、岩体类型、软硬结构等因素，估计临库竖井开挖后可能出现的岩体变形和破坏情况。

基于MIDAS—GTS的渗流—应力耦合作用下边坡稳定性分析张江昊【摘要】土质边坡中的地下水渗流作用主要涉及水力学和土力学相互作用的问题.地下水位升降产生的渗流—应力耦合作用对边坡稳定性会产生显著的影响.主要分析了土颗粒微元体在渗流中的受力状态,并据此得出应力—渗流耦合方程,在此基础上,结合MIDAS—GTS中的渗流分析模块及边坡稳定性分析模块(SRM),得出渗流—应力耦合作用对边坡稳定性的影响大小.【期刊名称】《甘肃科技》【年(卷),期】2016(032)008【总页数】2页(P112-113)【关键词】MIDAS—GTS;渗流—应力耦合;边坡工程;有限元;稳定性【作者】张江昊【作者单位】西安科技大学地质与环境工程系,陕西西安710054【正文语种】中文【中图分类】P642边坡中的渗流主要有以下4种情况：水平方向渗流、平行坡面方向渗流、自下而上方向渗流、垂直向下方向渗流。

不同渗流方向在土体颗粒中产生不同方向的渗流作用力，根据力的平行四边形法则，将土体颗粒所受的渗流作用力分解为垂直于颗粒表面的动水压力和与颗粒表面相切的水流摩擦力。

因此，在土体中任取一微元体，将渗流作用力F分解为铅直向上的分力u与沿流线方向的分力fs，即静水压力产生的浮力u与动水压力产生的渗透力fs。

，如图1所示。

浮力u和动水压力产生的渗透力fs分别为：式中：n为孔隙率；γw为水容重；JW为渗流水头坡降。

地下水位的变化必然会产生土体颗粒附近的水头差，由此产生的渗透力差异必然会引起土体应力场和位移场的变化。

同时，应力场和位移场的改变又将引起土体孔隙率的改变，孔隙率的改变又会引起土体渗透性的改变，从而引起渗流场的变化。

因此，土体应力和渗流作用力是相互制约和相互影响的，这种效应称为渗流—应力耦合作用。

考虑有效应力原理的微元体三维平衡方程如下：以位移和孔隙水压力表示的连续性方程如下：土中任一点的孔隙水压力变化和位移变化必须同时满足平衡方程（3）（4）（5）和连续性方程（6），将两式联立起来便是土体中的渗流—应力耦合方程。

应用MIDAS/GTS程序进行边坡渗流应力耦合作用下的稳定性分析摘要：本文通过biot固结理论建立了二维渗流场和应力场的耦合模型，并通过大型有限元软件midas/gts对一算例进行数值分析，研究了边坡在渗流条件下稳定性的问题，并与不考虑渗流的边坡进行对比。

其研究成果，可为今后的研究工作的深入提供一定的基础，对类似边坡工程的预防和防治具有一定的参考价值。

关键词：流固耦合；biot固结；midas/gts软件；稳定性边坡在水头差作用的情况下，会引起内部水体的渗流运动，内部水体在渗流运动过程中，将会产生渗流体积力，会使岩土介质应力场和位移场发生变化，应力场的改变相应的造成岩土介质位移场变化，位移场的改变使得岩土体介质内部的孔隙大小发生变化，由于多孔介质的渗透系数与其中孔隙的多少和孔隙大小的分布情况密切相关，内部孔隙的变化必然引起土体渗透系数的改变，变化后的渗透系数必然导致渗流场的变化，从而造成边坡内部渗流场水头分布的变化，岩土介质应力场和渗流场这种相互影响、相互制约的关系称之为渗流场应力场耦合[1]，最终将要达到一种稳定应力场和稳定渗流场的平衡状态.这种耦合效应肯定会对岩土介质边坡的稳定性产生一定的影响。

一、渗流场和应力场的相互作用机理（一）渗流场对应力场的作用物理作用:水对岩体的物理作用主要是润滑作用、软化和泥化作用、结合水的强化作用，通过这些作用降低岩体的强度参数和变形参数，降低粘结力和摩擦力。

化学作用：地下水含有对裂隙岩体产生化学侵蚀作用的成分。

其中，地下水对裂隙结构面软弱充填物中的石英颗粒具有溶蚀作用，对铁质具有氧化作用，尤其是对碳酸盐质裂隙岩体，地下水具有典型的化学侵蚀作用[2]。

力学作用：水主要是通过空隙静水压力和空隙动水压力作用对岩土体的力学性质施加影响，前者减小岩土体的有效应力而降低岩土体的强度，在裂隙岩体中的空隙静水压力可使裂隙产生扩容变形;后者对岩土体产生切向的推力以降低岩土体的抗剪强度，该力使裂隙产生切向变形[3]。