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MIDAS/GTS(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 GTS2D（即将发布）2维地基及隧道结构专用分析系统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。
四川双龙±800千伏换流站大件运输道路修复工程治理方案二维数值分析结果1、基于MIDAS/GTS边坡稳定性数值模拟软件简介岩体作为一种地质结构体，具有非均质、非连续、非线性等特点，而且加卸载条件和边界条件都相当复杂，用传统的解析方法求解并不容易，而数值分析方法的主要特点是能够很好的考虑介质的非线性、各向异性和受到其他外界因素影响下的性质变化，解决了经典解析法在分析过程中存在的一些问题，随着现代计算机技术的发展，数值分析方法现已成为解决地下工程围岩稳定性问题的有力工具，特别是在评价工程活动或自然因素对周围环境的影响方面日益表现出其优势，常用的数值分析方法有：有限元法、有限差分法、边界元法、离散元法等。
在一些发达国家，早在二十世纪中期就开始出现一些功能强大的分析系统，这其中就有著名的NASTRAN有限元分析系统。
后来又出现了包括PAFEC、SYSTUS、ANSYS、FLAC、FLAC3D、MIDAS/GTS在内的一大批分析软件。
本次模拟采用迈达斯公司开发的岩土工程专用分析软件GTS。
韩国迈达斯(MIDAS)公司开发的岩土工程有限元分析软件GTS(岩土与隧道分析系统)代表了当前工程软件发展的最新技术，在隧道工程与特殊结构领域为我们提供了一个崭新的解决方案。
自从1989年以来，MIDAS公司致力于有限元分析与仿真方面的研究，而GTS就是在其基础上发展而形成的，其全新的操作界面和三维分析功能，为岩土工程师提供了强有力的解决方案。
该软件作为岩土专业通用有限元软件，MIDAS/GTS为用户提供了几乎所有的岩土分析，其中包括：线性静力分析、非线性静力分析、施工阶段分析、固结分析、稳定流分析、非稳定流分析、动力分析以及边坡稳定分析等。
并且该软件具有CAD水准的三维几何建模功能，几乎能建成和实际情况非常类似的模型，经过验证的各种分析功能快速准确的有限元求解器，自动划分网格、映射网格等高级网格划分功能，以及完美的图形输出功能。
渗流-应力耦合及降雨入渗作用下的边坡稳定性分析蔡亚飞;綦春明【摘要】为了探究地下水和降雨入渗对边坡稳定性的影响,在分析强度折减法原理和渗流-应力耦合机理的基础上,建立了渗流-应力耦合数学模型;运用有限元数值模拟软件ABAQUS,计算出无地下水、有地下水以及地下水和降雨入渗共同作用三种工况下的边坡安全系数,并探讨了不同粘聚力、内摩擦角、弹性模量、泊松比、渗透系数、水头高度、降雨时间和降雨强度对边坡稳定性的影响.计算结果表明:地下水和降雨入渗会对边坡稳定性产生较大不利影响;边坡安全系数随粘聚力和内摩擦角的增大而增大,随水头高度、降雨时间和降雨强度增大而减小;而弹性模量、泊松比、各向同性的渗透系数对边坡安全系数几乎没有影响.【期刊名称】《南华大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2019(033)003【总页数】8页(P33-39,43)【关键词】渗流-应力耦合;降雨入渗;强度折减法;边坡稳定性【作者】蔡亚飞;綦春明【作者单位】南华大学土木工程学院,湖南衡阳421001;南华大学土木工程学院,湖南衡阳421001【正文语种】中文【中图分类】TU430 引言边坡稳定性分析是岩土工程中一个备受关注的工程课题。
由于各类滑坡、泥石流、溃坝等自然灾害会对人民的财产和生命安全造成巨大损失，因此如何高效、准确地分析各类边坡的稳定性就成了众多学者关注的课题。
地下水和降雨入渗往往是造成边坡失稳的重要原因，因此对地下水和降雨入渗作用下的边坡稳定性研究就有了实际的工程意义。
边坡稳定性的分析方法历经长时间的发展，已经演化出定性、定量和不确定性三大类分析方法[1]。
在众多边坡稳定性的分析方法中，有限元强度折减法因其原理简单、计算简便且易于在计算机软件中实现等优点而被许多学者应用到实际工程中[2-4]。
地下水在水头差的作用下会发生渗流运动，其渗流场和应力场之间会产生耦合效应[5-7]，进而影响边坡的稳定性；而降雨入渗会改变土体内饱和区域分布以及浸润面位置[8-10]，继而对边坡的稳定性产生影响。
Midas软件在滑坡稳定性分析中的应用潘昌青;张飞;汤志鹏;李世超【摘要】滑坡的稳定性分析是滑坡监测、预防、治理等工程的基础性工作.以绍兴市上虞区某滑坡为例,通过对滑坡调查报告,勘察报告以及监测资料的分析,建立了滑坡的三维地质模型,利用Midas gts nx软件对滑坡进行了多种工况下的数值模拟和稳定性计算,考虑了土体的应力-应变-位移关系,求出了滑坡安全系数,分析了滑坡的状态,并将计算结果与传统极限平衡法的计算结果进行了对比,对滑坡的稳定性进行了分析和研究,并得出了运用Midas软件对滑坡稳定性进行三维有限元分析是简单可行可靠的结论,为今后的滑坡治理设计提供了新的思路.【期刊名称】《佳木斯大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2017(035)006【总页数】4页(P962-965)【关键词】滑坡;稳定性;Midas gts nx【作者】潘昌青;张飞;汤志鹏;李世超【作者单位】绍兴文理学院土木工程学院,浙江绍兴 312000;浙江省有色金属地质勘查局,浙江绍兴312000;绍兴文理学院土木工程学院,浙江绍兴 312000;绍兴文理学院土木工程学院,浙江绍兴 312000【正文语种】中文浙江省是一个山体地质灾害多发的一个省份，根据浙江省国土资源厅统计，十二五期间，全省共发生地质灾害2832起，因地质灾害造成死亡(失踪)64人，直接经济损失达3.12亿元，其中地质灾害主要以滑坡、崩塌、泥石流为主[1]。
2015年11月13日浙江省丽水市莲都区东村发生山体滑坡，造成34人死亡，3人失联；2016年9月28日浙江省遂昌县苏村发生的山体滑坡灾害，造成重大伤亡，引发了全国的关注。
浙江省地貌以山地丘陵为主，造成地质灾害条件复杂，又由于经济较为发达，人口密度大，人类工程活动强度大，且经常性遭受台风暴雨侵袭，地质灾害呈现高发多发趋势，涌现出一系列亟待解决的滑坡稳定问题。
目前常用的有限元软件有ANSYS、Abaqus、Midas gts nx、Geo-Slope等软件。
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]。
（二）应力场对渗流场的作用
应力场主要是改变了裂隙结构面的隙宽，根据立方体定律，将显著影响裂隙岩体的渗透性能
二、渗流场和应力场耦合分析的连续介质模型
1．biot以连续介质基本方程基本，从较严格的固结机理出发推导了准确反映孔隙压力消散与土骨架变形相互关系的固结方程。
基本假定：土骨架线弹性，变形微小，渗流符合达西定律，土颗粒和孔隙水均不可压缩，孔隙水不承受剪应力。
则渗流-应力耦合的基本方程可以表示为[4]：
渗流方程：(
平衡方程：（=1，2，3）
几何方程：
土体骨架的本构方程：
式中：为正应力之和（以压为正），为体力密度，为体力项，p 为孔隙水压力，为渗透系数张量，为水力传导系数，、和分别为水的密度、重力加速度和水动力粘滞系数，、、、分别为位移、应变、孔隙率、劲度张量，为 kronecker 符号，为固相骨架体积应变，分别为lame系数，为biot常数，为biot变量。
三、midas/gts 软件介绍简介
gts(geotechnical and tunnel analysis system)是岩土和隧道所需的几乎所有分析功能的通用有限元分析软件。
渗流分析：渗流是沿着地下水岩土内部的粒子间孔隙流动的，一般遵循达西(darcy)定律。
在稳定流条件下通过岩土体积的渗透流量是渗透系数、水力坡降以及横断面积的之间的乘积。
达西定律虽然是研究饱和状态的，但同样可适用于非饱和状态的。
非饱和区域泛指从完全干燥状态到完全饱和状态的区域。
饱和度在100%以下时，土壤颗粒之间的孔隙除了水以外还存在空气，饱和度非常低时水珠将以凹状附着在土壤颗粒间。
随着饱和度的降低，孔隙水压因为表面张力的影响逐渐发展成张力，所以将负的孔隙水也称为吸入压力，一般来说饱和度越低，吸入压力越大。
渗流—应力耦合分析：地下水的渗透现象是由渗透区域周边边界的水头差或流量边界引起的。
地下水流动过程中，因为水和土壤颗粒之间的摩擦会产生渗透力，由此会产生位移和应力。
在
midas/gts中利用渗流分析中计算得到的孔隙水压力来表示渗透力具体数值。
孔隙水压是将在渗流分析中得到的全水头中减去位置水而得的压力水头与水的容重相乘而得的。
一般来说渗透力集中在全水头大小变化较大的流出边界的临近区域。
这样区域的约束压力较小，抗剪强度和抗拉强度都相对较小，所以对砂土地基做考虑渗透压的有效应力分析时，地基很容易破坏。
因此，渗透应力耦合分析在砂土类地基的稳定性分析中是非常重要的。
四、应用midas/gts建立模型并进行稳定性分析
由于实际工程的水文地质资料缺乏，采用设计算例说明耦合计算结果，假设某一均质边坡，左边界水头为60m，坡下水位为40m，利用midas/gts建立模型如下：
图1有限元模型和渗流计算模型网格划分示意图
计算结果如下图所示：
图2 渗流条件下的最大剪切应变
图3不考虑渗流条件下的最大剪切应变
对比考虑渗流与不考虑渗流作用的边坡稳定分析结果，不考虑渗流作用时边坡稳定安全系数为1.8875，而考虑渗流作用的稳定安全系数为 1.5125，同时考虑渗流作用下比不考虑渗流条件下塑性区贯通范围，最大剪切应变都要大，可见，渗流对边坡稳定有显著
性的影响，因此在进行边坡稳定分析时因充分考虑渗流的影响，使计算结果更符合工程实际。
五、结语
1．本文运用了midas/gts进行了渗流条件下的边坡稳定性分析，该程序在分析方法以及后处理方面都对渗流作用下的边坡稳定性
分析有极强的适用性，这将为考虑渗流作用的边坡稳定性分析提供新的数值模拟方法。
2．本文通过biot固结理论建立二维渗流场和应力场的耦合模型，运用midad/gts对算例进行了数值分析，结果表明，在考虑渗流作用时边坡的稳定安全系数大于不考虑渗流条件下的边坡稳定
安全系数，说明了渗流对边坡稳定有显著性影响，应在进行边坡稳定性分析时要充分考虑渗流的影响。
参考文献
[1]谢兼量．考虑渗流应力耦合的边坡稳定性分析[d]．南京：河海大学，2007．
[2]侯伟．公路隧道渗流场与应力场的耦合分析[d]．西安：西安理工大学，2006．
[3]郭玉龙．渗流与应力耦合作用对边坡稳定性影响的研究
[d]．武汉：武汉理工大学，2005．
[4]赵士文，卢廷浩，刘仲秋．基于渗流-应力耦合的基坑变形与稳定分析[j]．江苏建筑，2010，（6）．
作者简介：李雨(1988- )，男，湖南永州人，硕士，广西大学
土木建筑工程学院，主要从事隧道渗流研究。
注：文章内所有公式及图表请以pdf形式查看。
