Midas土工系列产品介绍：
迈达斯 GTS NX
midas GTS NX（岩土工程分析新体验系统）是针对岩土工程领域开发的通用有限元分析软件，支持静力分析、动力分析、渗流分析、应力-渗流耦合分析、固结分析、建筑结构分析、岩土力学分析、岩土工程计算等，提供了多种阶段分析、边坡稳定性分析等分析类型，适用于地铁、隧道、边坡、基坑、桩基、水利工程、矿山等各类实际工程的精确建模与分析，并提供了丰富的专业的建模助手和数据库。
midas 土壤工程
midas SoilWorks 提供二维岩土工程的全面解决方案，涵盖隧道、边坡、软基、地基、渗流和动态分析等各个领域，贴近实际工程实践，满足设计验证的需求。其基于 CAD 的运行环境软件提供的自动网格生成功能、自动边界条件赋值、模型验证、参数分析、模型间数据联动、结合规范的设计验证、便捷的结果整理及计算书输出功能将大大提高岩土工程工程师的工作效率。
迈达斯 XD
midas XD基坑一体化设计软件是一款土木工程基坑综合设计软件，提供建模、分析、设计、施工图、工程量统计等一体化解决方案，可应用于岩土、建筑、桥梁基础的设计pits通过便捷的前处理建模功能，可以自动完成分析、设计、绘图、工程量统计等一系列基坑设计操作。midas XD满足国内基坑规范传统的计算要求。除了方法之外，还包含截面连续介质平面有限元法、内部支撑平面杆有限元法等有限元计算，提供更多、更丰富的计算方案。
01
练习 3
2.3.3 地震条件
根据中国地震动参数分区图GB18306-2015，本案例区域属于六度抗震区，因此无需进行动态边坡分析。但为了熟悉分析内容，本部分仍包含在数据中。
《公路工程抗震规范JTG B02-2013》第5.2.5条规定：在计算边坡稳定性时，对基本烈度为7度及以上地区的永久边坡，应进行地震条件下的边坡稳定性验算。
《公路工程抗震规范》JTG B02-2013第5.2.6条规定，当采用刚体极限平衡法和静力数值计算法计算崩滑区内无重要建（构）筑物边坡稳定性时， 、滑动体和斜坡块体或单元的地震作用可简化为作用于滑动体、条带或单元重心且指向斜坡外侧（滑动方向）的水平静力其值应按下列公式计算：
质量分数=awG
质量指数=awGi
式中：Qc，Qci——滑体第i个计算条带或单位宽度地震力（kN/m）；
G、Gi——第i个计算条带或单位宽度滑动体自重（包括坡顶建（构）筑物影响）（kN/m）；
a——边坡的综合水平地震系数，按该区域基本地震烈度按表5.2.6确定。
表5.2.6 水平抗震系数
地震基本烈度
7 度
8度
9度
峰值地震加速度
0.10克
0.15克
0.20克
0.30克
0.40克
综合水平地震系数aw
0.025
0.038
0.050
0.075
0.100
《公路工程抗震规范JTG B02-2013》第8.2.3条规定：当路基高度大于20m，且位于设计基本地震动峰值加速度大于或等于0.20g的区域时，路基地震稳定性验算应考虑垂直于路线方向的水平地震作用和垂直地震作用，其他情况下仅考虑垂直于路线方向的水平地震作用，其他情况下仅考虑垂直于路线方向的水平地震作用。路线的方向被考虑。
《公路工程抗震规范》JTG B02-2013第8.2.4条规定，地震作用宜与结构重力和土体重力相结合。对于库区淹没路基和沿江地区高速公路、一级公路淹没路基，应考虑地震作用与结构重力、土体重力相结合。还应考虑正常水位时的压强和浮力。
《公路工程抗震规范JTG B02-2013》第8.2.5条规定：采用静力法验算路基抗震稳定性时，高速公路及一级、二级公路的路基边坡抗震稳定性应符合下列规定：高度大于 20m 时，不应小于 1.15，路堤边坡高度小于或等于 20m 时，不应小于 1.1。三级路堤边坡的抗震稳定系数四级公路不宜小于1.05。
本文所述项目位于6度抗震区，因此无需对地震作用下的边坡稳定性进行检验。但为了清楚地了解各种工况下边坡的分析方法，简要介绍一下介绍了地震工程的基本内容，并进行了模拟计算。
GTS NX提供非线性时程+SRM分析，在进行非线性时程分析时，设定进行SRM分析的时间，即在进行非线性时程分析的时间内，计算动态时刻的力场、强度基于该力场分析了缩减方法，并输出了该台阶下的安全系数和潜在滑动区域。
图 64 设置 SRM 分析时间
但经过多次应用，发现用此方法计算有两个明显的问题，一是进行非线性时程分析时计算非常耗时，强度折减法计算时也非常耗时。两者的结合，常常让等待结果的工程师怀疑人生。第二个问题，也是致命的问题，就是指定的SRM计算时间，可能并不是对坡度最不利的时间，而得到的结果往往并不完美。正如预期的那样。最糟糕的是，当第二个问题出现时，工程师可能会重复经历第一个问题带来的绝望。为了用户的身心健康，不建议使用这种方法。
有没有更好的方法，在保持身心健康的同时，有效地完成分析？结合非线性时程分析+SRM分析的计算思路：“在进行非线性时程分析的过程中，计算得到构件的力场后，动态矩，基于力场对强度折减法进行分析。“是否可以先得到时程分析的力场，然后提取一些感兴趣的矩进行强度折减法分析？即分离时程分析和强度折减法。即使强度折减法分析的时间不合适，也需要重新进行计算。上述两个问题中的第二个出现了，但是由于时程分析结果是确定已知的，只需要重复强度折减法分析，可以大大避免某一部位重复计算而产生的大量时间浪费。按照这种思路，需要考虑： ① 分别进行时程分析，保留结果；②将时程分析的节点力场导出到SRM分析中；③执行SRM分析。可以看出问题集中在第二点上，即时程分析中如何提取节点力。
按照正常建模步骤对坡度分析进行建模。设置分析条件时，请执行以下操作：
图65 设置输出节点力-1
图 66 设置输出节点 force-2
①设置分析条件时，点击输出控制选项，打开对话窗口，勾选输出“网格点力”。设置完成后，进行时程分析计算。
②运行进度分析，并得出分析结果。
③ 从后处理切换到预处理。主菜单 > 静态/斜率分析 > 荷载 > 从结果，打开对话框。选择结果类型为“节点力”，目标类型为“节点”，分析条件为“执行计算” 对于时程分析，选择需要提取节点力的时刻，点击“创建荷载”，在荷载组中输入“节点力”。
图 67 节点力转换为荷载场
④ 提取出的节点力将以载荷（整个分析范围内的力场）的形式存在。设置不考虑节点力的SRM分析条件和考虑提取出的节点力的SRM分析条件，并进行分析。
我们看一下分析完成后的对比结果（图中所示结果是随机提取的弯矩节点力）：
不考虑地震节点力强度折减分析时，等效剪应变的影响如图所示：
图 68 不考虑地震节点力的稳定性分析
考虑节点力时的等效剪切刚度结果如图所示：
图 69 考虑地震节点力的稳定性分析
可以看出，考虑节点力时滑块体积增大，安全系数由1.95减小到1.47，与实际情况基本相符。可见采用强度折减法可以提取时程分析节点力，得到某一时刻的动态响应。该方法的边坡安全系数基本可行。通过跳出软件设置的“非线性时程+SRM”，在用该方法进行边坡计算时，计算时，即使选择了错误的节点力矩，也可以重新提取节点，重新进行强度折减分析计算力，可以大大节省分析计算时间。
附言：
（1）时间过程分析超出了本书的讨论范围，因此我们在此不再赘述。如有需要，敬请期待《岩土·月球半》的动力学分析专刊。
（2）2.3.3节的内容是编者根据自身经验总结的，如需参考此资料制作动态坡度，请结合项目实际情况判断该方法是否具有通用性。
（3）在使用软件进行分析时，只要了解了软件的设置，就可以推导出自己的方法和例程。这也是“通用”软件的真正含义之一。
2.4 治理后边坡稳定性分析
在对原边坡稳定性进行分析后理正软件渗流计算，根据分析结果可知边坡需要进行处理，按照本手册第4章问题1的方法，求解残余滑动力（如果熟悉理正或其他软件，也可以用其他软件方法获取该值）。经过工程师分析设计，初步方案采用双排桩进行边坡治理。设置支护结构后的边坡剖面如下图所示：
图70 处理后的边坡典型横截面
按照2.1-2.3节的步骤，模型如下图所示。
图 71 模型渲染
本模型中抗滑桩采用梁单元，桩帽采用平面应变单元。由于一维和二维单元自由度不同（一维有四个自由度，二维有两个自由度），扭转在连接节点处设置约束。，请执行以下操作：
主菜单>静态/坡度分析>边界>约束，打开对话窗口。切换到“高级”，选择目标对象为承台与桩基础连接的节点，勾选“RX”和“RY”为边界条件。自由度。输入“扭转约束”作为边界组名称，然后单击“确认”。
图 72 添加扭转约束
进行了一般工况施工阶段分析和大雨工况SRM分析，分析结果如下图所示。
正常工作条件下，增加抗滑桩支护后边坡滑动面保持不变，滑动面安全系数由原来的1.15提高到1.54：
图73 一般工况边坡处理后稳定性
支撑结构内力结果：
图74 一般工况双排桩轴力
图75 一般工况双排桩剪力
图76 一般工况下双排桩弯矩
采用双排桩支护时，在暴雨工况分析中出现了新的潜在滑动面，暴雨工况安全系数由0.875提高到1.10。
图77 治理后斜坡暴雨情况分析
但根据此结果，暴雨工况的分析还未结束，因为GTS NX输出的安全系数是整个边坡最不利的安全系数，也就是最小的安全系数。从分析结果来看，可以看出，得到的安全系数结果并没有沿着软弱夹层煤层滑动面的安全系数降低，而是形成了新的浅层滑动，滑动面大致位于上覆岩层与下覆岩层的交界处黏土层与全风化页岩的粘结面高度差较大，一旦出现强降雨，上覆黏土层可能沿粘结面发生滑坡，给后续运维工作带来风险。本步骤程序给出的结果对原滑动面分析结果显示,加入双排桩后,滑移面与原滑动面基本一致,但可以明显看出,加入双排桩后,安全系数明显提高,均大于1.1。
不断接近分析的真相是一个有趣的过程。这里，如果在新出现的浅层滑动面增加锚杆，并采用锚杆+双排桩体系进行边坡治理，则双排桩桩模型在上述基础上，添加表示锚杆的线，直接划分网格，并赋予预埋桁架属性，模型如下图所示：
图78 锚杆+双排桩支护
尖端：
GTSNX在边坡分析中具有非常突出的优势，例如采用双排桩支护，增加了原有滑动面的安全系数，但又产生了新的潜在风险，如果需要调整支护方案，则需要增加锚杆用于加固边坡。此时，可以直接在原模型中锚杆对应位置画线，将线划分为网格，并为植入桁架赋予属性，因为植入桁架不需要考虑周围的土壤。由于耦合，无需担心周围的网格或重新建模，并且可以轻松升级支撑解决方案。
在支护体系中增加锚杆后，重新进行分析，如图79所示，分析云图显示，靠近表面的滑动面消失，最危险潜在滑动面的位置与滑动面相同原边坡的滑坡面，安全系数提高到1.20，此时得到的安全系数就是原边坡分析得到的滑动面，双排桩加固后大雨条件下的安全系数值提高从 0.875 到 1.20。
图79 锚杆+双排桩支护的边坡稳定安全系数
尖端：
（1）本次对比分析也解决了很多工程师在使用GTS NX进行边坡分析时提到的一个问题：锚杆对于提高安全系数的作用并不明显。锚杆真的有那么大的作用吗？
双排桩、双排桩+锚杆两种支护方案对比：单从安全系数来看，方案一、方案二的安全系数分别为1.10、1.20，乍一看，似乎大钢材用量大，成本高，花费巨大，在付出巨大成本之后，安全系数的提高并没有质的变化，但结合滑移面云图，我们可以看出1.10和1.20是两座桥梁的安全系数滑动面，对应于浅层沿节理面的滑动和相对较深层的滑动。沿软弱夹层的滑动。
实际情况是，锚杆的加入改变了滑动面，新出现的滑动面成为整个分析体系中最危险的位置（安全系数最小）（见图77）。因此，程序输出新的滑动面。位移面的安全系数。进一步延伸思路，加锚杆有时得到比不加锚杆解更小的安全系数，但这个安全系数一定是加固后产生的新系数。潜在安全系数可以看出，分析结果需要工程师进行整体判断，而不是仅仅根据安全系数的取值任意得出结论。
(2)另一方面，如果一开始给出的方案是锚杆+双排桩支护，那么分析会直接得到下图80所示的结果：
图 80 锚杆+桩排支护的边坡滑动面
从图82中锚栓的应力来看，锚栓内力有两个峰值位置，一个在上部，一个在中部。上部的峰值出现在滑动块的后缘图80潜在滑移面云图显示，峰值很容易理解，但锚杆力的峰值也出现在锚杆中部，从图80潜在滑移面云图可以看出，锚杆中部存在较大的锚固力，锚杆中部存在较大的锚固力。 80 以上理正软件渗流计算，没有明显的条件能够使锚杆产生峰值拉力。工程师看到内力结果时，会感到困惑，第一反应是怀疑软件分析结果的正确性。然而，结合上一篇中仅采用双排桩支护时的滑动面云图：
图 81 仅采用桩支撑时的滑动面
从图81可以看出，未加锚杆时，沿节理面出现滑动面，加锚杆后，锚杆限制了滑动面的开展，滑动面消失，因此锚杆受到较大的拉力，出现峰值，从这个角度看，峰值是合理的。这也告诉我们，在进行有限元分析时，不能简单地根据拉力的大小来判断分析的正确性。而不应只关注结果的数值，而应该更多地思考“为什么会出现这样的结果”，并进行多次尝试、对比分析，才能做出最全面的判断。
图82 锚杆受力图
(3) 本案例也体现了有限元分析相较于传统条带分析的一大优势：滑动面的动态发展，虽然双排桩加固后滑动面的安全系数明显提高，但塑性区域后退并出现新的潜在滑动面，如果仅采用传统的条带分析方法，采用双排桩支护方案，虽然提高了原有滑动面的安全系数，但忽略了新出现的风险，边坡存在的问题还没有得到根本解决。
结尾
布局丨小米
