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    GeoStudio 仿真软件

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        GeoStudio是一套专业、高效而且功能强大的适用于岩土工程和岩土环境模拟计算的仿真软件。作为优秀的岩土工程设计分析软件,GeoStudio目前已经为上百万科学研究人员、工程技术人员、教育工作者以及学生提供了无与伦比的帮助。

        GeoStudio2012软件特点:

        1、多软件集成分析功能

        GeoStudio2012的一个突出优点就是它的所有软件都可以在同一界面下运行,这就意味着用户只需建一个几何模型,就可以在所有分析中使用,从而可以同时对综合的岩土工程问题如渗流、稳定、应力变形、动力效应、水气两相流动以及污染物运移等进行分析。

        例如下图所示的大坝分析模型,首先用SEEP/W对大坝进行稳态渗流分析,然后用QUAKE/W进行地震前的初始应力分析,接着用SLOPE/W对地震前的大坝进行稳定性分析,接下来进行QUAKE/W的动力计算,然后用SLOPE/W分析震后的大坝稳定性,最后用SIGMA/W分析震后变形。

        用户可以在求解区域上定义模型的边界条件和材料属性,而不是在有限元网格上定义。这使得用户可以随意修改几何模型而不必担心先前定义的模型属性丢失。例如,如果增加土层厚度,模型的边界条件也会随着土层厚度的改变而移动,同时,新的有限元网格也会自动生成。

        在GeoStudio2012中,所有的数据都储存在已经定义好的相同格式的文件中,共享的分析数据可以对同一个问题进行不同要求的多种结果分析。

        2、高效的建模功能

        GeoStudio2012的项目管理方式允许用户快速创建分析文档,方便进行多工况比选以及耦合分析。

        文档“复制”功能可以非常方便地创建新的分析工况,模型的边界条件和材料特性都能自动保存下来,只需对其稍作修改就转变为新的分析模型。

        创建不同软件之间的耦合分析时,软件会自动调用上级目录的分析结果,从而实现渗流与稳定的耦合以及变形与稳定的耦合、复杂的瞬态渗流与稳定的耦合分析等,在一个模型文件中即可完成全部工况的分析。

        3、易学易用

        友好的软件界面、简单清晰的建模步骤和参数设定,使得软件易学易用,高效建模,节省分析时间。数值分析建模要素包括:几何模型建立、材料属性定义、网格和边界条件设定、载荷工况变更等,这在GeoStudio软件中通过简单的几步就可实现,节省用户软件使用学习的时间,使用户专注于工程问题本身的思考。

        4、丰富多样的后处理显示便于结果输出与整理

        将计算结果绘制成图形时,用户可以决定把哪几个变量放在同一张图中。比如,可以沿滑移面把总应力和有效正应力同时显示出来。用户还可以绘制很多图形并把它们保存为一个数据文件,这样只要打开数据文件,就可以立刻得到图形。

        • 一键生成计算书
        • 动画输出瞬态的计算结果
        • 多个计算结果绘图
        • 多种云图、等值线显示
        • 矢量图、变形网格

        5、求解效率高

        在开始求解之前,软件自动检查每一个分析,发现错误则立即报告提醒。在求解过程中,用户可以查看每一个分析中解的状态,检查每一个分析的进度,并可以随时中断求解过程。求解过程中遇到错误时,软件也会自动跳出窗口显示错误信息。

        可以充分利用多核CPU进行计算,这项技术将求解速度大大提高,特别是在进行概率分析和Newmark分析时速度提升尤其明显。

        6、边界条件与材料属性不与网格关联

        用户可以在求解区域上定义模型的边界条件和材料属性,而不是在有限元网格上定义。这使得用户可以随意修改几何模型而不必担心先前定义的模型属性丢失。例如,如果增加土层厚度,模型的边界条件也会随着土层厚度的改变而移动,同时,新的有限元网格也会自动生成。

        7、概率与灵敏度分析

        SLOPE/W包含一个广泛通用的运算法则用以进行概率分析。几乎所有的输入变量都能被指定一种概率分布,然后利用Monte Carlo方法计算出安全系数的概率分布。一旦知道了安全系数的概率分布,其它需要定量描述的变量譬如失效概率就能够被确定。利用均匀分布,SLOPE/W的概率分析方法还能够用于敏感性分析。

        8、命令行式操作批处理多个项目

        GeoCmd是GeoStudio2012中新增的命令行工具,它让用户在处理大量文件时变得更加简便。用户可以使用GeoCmd来控制GeoStudio自动按照指定次序对多个项目进行求解、更新和生成报告。

        9、多种二次开发功能

        软件支持FORTRAN、C、C++、VB等多种语言做二次开发,还可以通过自定义函数的形式来定义材料属性或者边界条件,甚至这些函数可以与Excel 表格或“.NET”程序链接在一起使用。

        10、丰富的参考模型

        软件带有100多个工程实例,对每一个实例,模型背景、建模目的、在 GeoStudio 软件中如何应用相关功能以及结果的解释都进行了详细的说明。

        应用领域

        1、SLOPE/W(边坡稳定性分析软件)
        2、全球岩土工程界首选的稳定性分析软件
        3、SEEP/W(地下水渗流分析软件)
        4、第一款全面处理非饱和土体渗流问题的商业化软件
        5、SIGMA/W(应力变形分析软件)
        6、完全基于土(岩)体本构关系建立的专业有限元软件
        7、QUAKE/W(动力响应分析软件)
        8、线性、非线性土体的水平向与竖向耦合动态响应分析软件
        9、TEMP/W(地下热传递分析软件)
        10、首款最具权威、涵盖范围广泛的地热分析软件
        11、CTRAN/W(污染物运移分析软件)
        12、超值实用、最具性价比的地下水环境土工软件
        13、AIR/W(水-气两相流分析软件)
        14、首款处理地下水-空气-热相互作用的专业岩土软件
        15、VADOSE/W(地表环境下非饱合区渗流分析软件)
        16、设计理论相当完善和全面的环境土工设计软件

        Seep3D(三维渗流分析软件)

        是GeoStudio 专门针对工程结构中的真实三维渗流问题而开发的一个专业软件,Seep3D软件将强大的交互式三维设计引入饱和、非饱和地下水的建模中,使用户可以迅速分析各种各样的地下水渗流问题。

        典型案例

        边坡

        1、某含软弱夹层路基边坡稳定性分析

        该边坡地基中存在软弱夹层及基岩层,用户采用了Morgenstern-Price法,并采用进口出口滑裂面搜索方法。边坡稳定分析结果如下图所示:

        2、某边坡加固安全系数计算

        通过对不同支护方案的计算分析,选择最优方案,并对支护结构参数进行优化,从而达到安全、经济的目的。
         


        3、某岩质高边坡稳定性分析

        模型为存在软弱夹层的岩质边坡,软件夹层厚度非常薄,验算受软件夹层控制的边坡安全系数,采用了用户自定义滑面的方法,获得了Bishop法安全系数。
         


        4、某岩质边坡稳定分析

        模型为均质岩质边坡,分析采用能反映岩石特性的霍克布朗强度本构模型,采用了折线搜索滑面的方法(block surface)。



         

        5、高岭土化的花岗岩边坡稳定性

        该案例引自Doug Stead et. al. (2001).发表论文“Advanced numerical techniques in rock slope stability analysis-applications and limitations”。
         


        6、某边坡失效概率分析

        由于岩土工程问题的复杂性,土体属性的不确定性和空间变异性,做边坡安全系数可靠性评估成为必要。

         



        7、某尾矿库稳定性分析

        计算剖面选用垂直于坝轴线的主轴剖面,对坝体主轴剖面进行合理地概化和延伸,从而建立稳定性计算模型,对不同工况进行了稳定性分析,图片展示了部分工况计算结果:

         



        渗流

        1、某坝体截流幕墙及渗透各向异性模拟

        如下图所示,设置截流幕墙的坝体,其y向与x向渗透系数比值分别为0.1和10时流线与等势线云图。

         


        2、渗透系数各向异性的另一种模拟方法

        实际的土层情况往往是复杂的,渗透系数可能并非处处各向异性,尤其是当正交方向的渗透系数比值比较大时(例如10倍、100倍),就会得到不真实的计算结果,此时如果换种分析思路,假定渗透系数各向异性只是局部发生,如下图示,我们定义一系列线条,将接触面材料赋给线在线的切线方向具有较大的渗透性,就可以得到相当好的计算结果出来。
         


        3、典型心墙坝流场分析

         

        4、某心墙坝水位骤降稳定性分析

        分析方法采用上述方法中的方法二,用SEEP/W联合SLOPE/W计算心墙坝水位骤降安全系数随时间变化。

         

         

        5、地表渗流模拟

        当气候条件在短期内突然剧烈变化的时候我们需要地表及时响应这一变化,例如在高温天气干燥的地表突然遭遇暴雨,在短时间内地表由干燥变得饱和,要想在数值模拟中处理这种快速剧烈的变化,地表网格必须非常好的离散化才可以,SEEP/W允许用户在已经存在的几何边界上创建“面层”,能够完美的解决这一问题。单位流量边界可以应用于面层,在面层,SEEP/W可以记录渗流、浸润面和径流量,以及低地势处积水的深度。

         



        6、某典型坝体渗流分析

        本工程坝前脚设粘土截槽,铺盖为黄土状壤土属性裂隙发育、坝面坡设土工膜,工程运行发现坝前塌坑,坝后测压管承受高水压而被压扁。通过数值模拟,发现黄土状壤土层具有典型非饱和土特性随压力水头的增大渗透性增强,竖向落水明显,造成了坝体土细颗粒流失;上下土层间渗透相差悬殊形成负压。同时对加固措施进行数值分析,达到了工程设计效果。

         


        7、流量边界的稳态渗流分析

        存在上层滞水的渗流分析,我们知道类似该案例的孔隙水压力分布在SLOPE/W模块是无法定义的,因为SLOPE/W不允许出现Z形的水位线,但可以通过SEEP/W分析获得孔隙水压力分布。在此基础上进行边坡稳定性分析,计算结果更加准确。


        应力应变

        1、某路堤分层堆筑应力变形模拟

         

         

        2、某基坑开挖支护模拟

        采用梁单元模拟挡土桩,采用梁单元和杆单元结合模拟预应力锚杆,在桩与土体之间定义了接触面单元。下图为开挖支护后剪应力云图。

         

        3、某坝体分层堆筑应力变形模拟

         

        4、某坝体库水位下降应力应变分析

        当库区水位降落时,在库区坝体表面相当于卸荷作用,而在坝体内部会经历孔隙水压力消散的过程,从而引起坝体的变形,坝体受卸荷和固结作用发生应力和变形响应。SIGMA/W软件精确的模拟了这一过程。

         

        5、双江口水电站砾石土心墙堆石坝的施工及蓄水应力-渗流耦合分析模型

        双江口水电站砾石土心墙堆石坝的施工及蓄水应力-渗流耦合分析模型(初始状态)

         

        双江口水电站砾石土心墙堆石坝的施工及蓄水应力-渗流耦合分析模型(蓄水到正常水位)

        蓄水到正常水位时的水平位移等值线

        蓄水到正常水位时的沉降量等值线

         

        6、某防波堤施工变形模拟(水下堆筑)

        评价最大变形量及变形位置,计算超孔隙水压力的生成和消散,并在此基础上评价坝体的稳定性。

        7、某设置排水板的坝基固结模拟

        本案例采用将排水板(井)处理成排水边界,方法,将排水板处理成排水边界条件,分8个施工步进行堆筑过程模拟,分析坝体的应力变形。

        地震动力响应

        1、典型坝体地震动力分析

        典型坝体在地震荷载作用下的动力响应分析,如下图示,定义了地震加速度时程曲线,并定义了历史记录点。在动力分析模块,软件提供初始应力场分析类型和动力分析类型,还有与SLOPE/W耦合分析类型。QUAKE/W动力分析也可以基于由SIGMA/W计算得到的应力场。

         

        2、圣弗南多大坝地震动力分析

        发生在1971年加利福尼亚圣佛南多大坝遭受6.6级的地震发生了灾难性破坏,QUAKE软件最这一历史事件进行了数值重现,以调查地震动力作用下超孔隙水压力的生成和液化发生的范围以及地震发生边坡稳定性。下图为某一时刻地震动力变形网格图(变形被放大)和加速度云图以及液化区图。

         

        3、基于QUAKE/W应力的坝体稳定性评价

         

        4、基于QUAKE/WNewmark变形的边坡稳定性评价

         

         

        温度场

        1、TEMP/W+SEEP/W对流热传导分析温度场云图

         

        2、管线冻结分析温度场云图

        3、阿拉斯加费尔班克斯的热虹吸器温度场瞬态分析

        污染物运移

        1、CTRAN/W+SEEP/W密度依赖的溶质运移分析(某时刻浓度分布云图)

        2、溶质运移分析浓度随时间分布云图(50天、1500天)

        3、粒子运移轨迹分析

         

         

        4、溶质随时间空间扩散浓度等值线图

        5、尾矿渣沉积污染物运移分析

        水气两相流

        1、水、气两相的耦合模拟隧道开挖水力入渗(感谢Aarhus大学 MR中心 Samuel Alberg Kock提供案例)

        2、AIR/W两相流模拟压力板仪测定土壤持水特性。

        湿土样被放在压力膜仪中,外加一已知压力,此压力可以使低压下保持土壤中的任何水分被压出土壤。通过在几个不同的压力下分析样品,则可确定土壤含水量与压力之间的关系。

        地表环境

        1、植被影响的渗流分析

         

        2、气候数据导入VADOSE/W

         

        3、VADOSE/W多种计算结果查看

        产品模块

        1、SLOPE/W 全球岩土工程界首选的稳定性分析软件
        2、SEEP/W 第一款全面处理非饱和土体渗流问题软件
        3、SIGMA/W 完全基于土(岩)体本构关系建立的专业有限元软件
        4、QUAKE/W 线性、非线性土体的水平向与竖向耦合动态响应分析软件
        5、TEMP/W 专业的地下热传递分析软件
        6、CTRAN/W 专业的污染物运移分析软件
        7、AIR/W 水-气两相流分析软件
        8、VADOSE/W 专业的综合渗流蒸发区分析和土壤表层分析软件

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