-
.
Geostudio
功能介绍及优点
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
目前已经成为上百万科学研究
人员、
工程技术人员、教育工作者及学生学习应用的软件之一。
GeoStudio
是以
Geo-SL
OPE
为主体的一套地质构造模型软件的整体分析工具，
它包括
以
下八种专业分析软件：
?
SLOPE/W
< br>（边坡稳定性分析软件）
?
SEEP/W
（地下水渗流分析软件）
?
SIGMA/W
< br>（岩土应力变形分析软件）
?
QUAKE/W
（地震动力响应分析软件）
?
TEMP/W
（地热分析软件）
?
CTRAN/W
< br>（地下水污染物传输分析软件）
?
AIR/W
（空气流动分析软件）
?
VADOSE/W(
综合渗流蒸发区和土壤表层分析软件
)
各专业软件具体介绍如下：
一、
SLOPE/W
（专业的边坡稳定性分析软件）
SLOPE/W
软件是计算岩土边坡
安全系数的主流软件产品。
SLOPE/W
软件对于综合问
题公式化的特征使得它可以同时用八种方法分析计算简单的或复杂的边坡稳定问题，
用户可
以利用
SLOPE/W
< br>软件对简单或者复杂的滑移面形状改变、
孔隙水压力状况、
土体性质、
不
同的加载方式等岩土工程问题进行分析。
SLOPE/W
< br>软件使用极限平衡理论对不同土体类型、复杂地层和滑移面形状的边坡中
的孔隙水
压力分布状况进行建模分析，
SLOPE/W
提供多种不同类型
的土体模型，并使用确
定性的和随机的输入参数方法来进行分析，
也可让用户做随机稳定性分析。
除用极限平衡理
论计算土质和
岩质边坡（含路堤）的安全性外，
SLOPE/W
软件还使用有
限元应力分析法来
对大部分边坡稳定性问题进行有效计算和分析。
1.
主要应用范围：
< br>SLOPE/W
可以对几乎所有的稳定性问题进行建模分析，主要包括：
?
天然岩土边坡
精品
.
?
边坡开挖
?
岩土路堤
?
开挖基坑挡墙
?
锚固支撑结构
?
边脚护提
?
边坡顶部的附加载荷
?
增强地基（包括土钉和土工布）
?
地震载荷
?
拉伸破坏
?
部分或全部浮容重
?
任意点的线性载荷
?
非饱和土的性质
2.
SLOPE/W
软件的特点：
?
极限平衡理论的应用：
包括
Morgenstern-Price
、
GLE
、
Spencer
< br>、
Bishop
、
Ordina
ry
、
Janbu
、
< br>Sarma
等各种方法。
?
土体强度模型：包括莫尔
-
库伦准则（
Mohr-Coulomb
）
、双线性准则（
Bilinear
）
、不排水
准则（
Ph
i=0
）
、各向异性强度准则（
ani
sotropic
）
、切向
/
法向函数准则及其它各种类型
的强度准则等；
?
指定条块间切向
< br>/
法向函数类型；
?
孔隙水压力模型包括：
Ru
系数、压
力线、等压力线、水力梯度值、有限元计算的压力
和压力水头；
?
通过同心圆栅格和半径线、滑移面
前端的块体或全部指定的形状定义的可能滑移面；
?
用针对各种土体特性和加载条件的
正态分布函数来进行随机近似分析。
使用蒙特卡洛逼
近法，
SLOPE/W
软件可以计算除传统的安全系数之外的随机失稳问题
。
3.
与其它软件的结合应用：
用户可
以在一个工程中做很多分析并把所有的分析都保存在一个数据文件中，
有利于保
持不同模型之间的联系。
例如可以在多种加固设计方案来找出其中一个整
体稳定性最后设计
方案。使用多场耦合也能提高
SLOPE/W
同其它模块耦合计算的能力。
1)
从
SE
EP/W
、
SIGMA/W
、
QUAKE/W
、
VADOSE/W
等软件中调用孔隙水压力值：
精品
.
在
SLOPE/W
软件中使用有限元法计算孔隙水压力，
使得对非常不规则的饱和
/
非饱和工况，
和稳定分析中的瞬态孔隙水压工况分析
成为可能。
例如，
用户可以对因孔隙水压力随时间变
化而产生的稳定性变化进行分析。
2)
从
SI
GMA/W
软件或
QUAKE/W
软件
中调用应力值：
在
SLOPE/W<
/p>
软件中使用有限元方法计算应力，除了可以对静态变形或地震动力进行分析
外，
还可以进边坡的稳定性分析。
比如用户可以计算在
地震载荷作用下边坡稳定的最小安全
系数，或者用户可以使用
N
ewmark
类型的程序来得到相应的边坡永久变形。
二、
SEEP/W
（地下水渗流分析软件）<
/p>
SEEP/W
软件是一款用于分析多孔渗水材料，如土体和岩石中的地下水渗流和超孔隙
水压力消
散问题的有限元软件。
它全面而简洁的表述使用户可以分析从简单的、
< br>饱和稳态问
题到复杂的、饱和
-
不饱和时变问题。
用户可
用
SEEP/W
分析从简单的饱和稳态到复杂的不饱和时变问题
。
在
SEEP/W
软件
中，通过渗流有限元计算，可以分析边坡在不均匀饱和条件、非饱和条件下的孔隙水压力，
也可以对边坡稳定时的瞬态孔隙水压力进行分析。
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。
通过对孔隙水压力随时间变化的结果分析，
可以研究边坡、
路堤
稳
定性与时间的关系。在水中溶质扩散转移问题中，水流速度可分析水中溶质的扩散转移
。
SEE
P/W
软件可以用于对饱和及非饱和渗流问题的建模分析，
这一
特点也大大扩展了
它所能分析问题的范围。
除了可以对传统的稳
定状态饱和渗流分析之外，
SEEP/W
软件中的
饱和
/
非饱和计算模型使得该软件可以对随时间变化
的渗流问题和短期渗流过程进行模拟分
析。这个新增的特征可以使用户对诸如水汽锋面的
迁移和超孔隙水压力的消散过程进行分
析。
1.
典型应用：
SEEP/W
软件可以对几乎所有的地下水问题进行建模分析。这些问题包括：
?
水库抽水后水位降低引起的超孔隙水压力的消散
?
土坡内部由于短期渗流而引起的孔隙水压力的变化
?
储水结构，如泻湖和废料池下面的地下水位的抬升
?
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
精品
.
?
流入基坑中的渗流量等
2.
SEEP/W
软件的特点
?
分析问题类型包括稳定状态下有边
界和非边界渗流、
瞬态渗流、
平面或横截面二维渗流
和轴对称的三维渗流
?
边界条件类型包括：
总水头、压力水头、
流量为常数或者为随时间变化的函数、以计算
水头为变量的瞬时流量函数、渗流面状况
的调整和显示等
?
测定水体量和渗流函数可以由基本参数和粒径函数来估计
?
采用适应的时间步长，
从而保证瞬态分析中在边界条件突变时的时间步长为最佳的时间
步长
?
描绘流程图
?
土体特性：土体的水力渗流性在非
饱和区域内是负孔隙水压力的函数。在瞬态过程中，
水量的变化率有孔隙水压力决定的。
水力渗流性可以认为在两个垂直方向上是各项异性
的
?
迭代过程：有限元方程非线性特性由有效半径法莱进行迭代处理
?
水流通量：
SEEP/W
软件通过沿着单元网格的单个和多条线来计算总的水流通量
与其它软件的结合应用：
1)
从
SI
GMA/W
或
QUAKE/W
软件中导
入消散的超孔隙水压力：
由于静载或地震引起的动力响应而产
生的超孔隙水压力可以代人
SEEP/W
软件中，在
SEEP/W
软件中对超孔隙水压力消散时间进行研究。
< br>
2)
将
SEEP/W
软件中的孔隙水压力用于
SLOPE/W
软件中：
在
SL
OPE/W
软件中使用有限元法计算孔隙水压力，
使得对非常不
规则的饱和
/
非饱和工况，
和稳定分析
中的瞬态孔隙水压力工况分析成为可能。
例如，
用户可以对因孔
隙水压力随时间
变化而产生的稳定性变化进行分析。
三、
SIGMA/W
（岩土应力变形分析软件）
SIGMA/W
< br>软件是一款用于对岩土结构中的应力和变形进行有限元分析的专业软件。
它具有全
面模型公式，
使得这种软件不但可以对简单的岩土问题进行分析，
也可以对高度复
杂的岩土问题，
如线性弹塑性、
非线性弹塑性、非线性等进行分析，许多经典的土体模型可
以使用户对各种土
体或结构材料进行建模分析。
精品
.
有很多岩土问题不仅要计算稳定性，还希望进行应力应变分析
，
SIGA/W
软件可以对
线弹性变形
问题、高度复杂的非线性弹塑性有效应力问题进行分析。
SIGMA/W
软件可以模
拟载荷在地基中产生的超孔隙水压力。
可对
施工前后边坡的稳定性进行分析，
有助于确定加
固措施。
此外，
与
SEEP/W
软件相结合，
SIGMA/W
软件可以对受外载荷作用的岩土
结构中
孔隙水压力的产生和消散进行建模分析，并进行固结分析。
SIGMA/W
< br>软件中实质上是求解平衡方程，
而
SEEP/W
软件中是求解连续方程，
两种
软件结合起来求解
方程可以同时得出变形和孔隙水压力随时间的变化情况。
在
SI
GMA/W
软
件中可选用加载频率或非线性土体模型来分析与估
计静压力，将可用作
QUAKE/W
软件中
的初始静压力进行动态分析。
1.
典型应用：
SIGMA/W
软件可以对几乎所有地基的应力和变形问题进行建模分析。这些应力、
变形问
题包括：
?
底座、充液容器、土木结构中的沉降问题
?
路堤和水坝内部或底部的变形问题
?
隧道周围的变形和应力问题
?
支撑柱或锚杆加固的基坑的侧移及其周围的表面沉降
?
开敞式基坑和放坡开挖的地面回弹。
?
孔隙水压变化引起的体积改变。
?
土与结构的相互作用：包括非粘合
自由锚杆、开挖支撑和桁架结构的相互作用。
?
完全耦合固结分析
2.
SIGMA/W
软件的特点：
?
SIGMA/W
< br>软件可以分析排水和不排水过程的总应力和有效应力、二维平面应变、
三维轴对称
问题、膨胀和固结问题及构造应力等问题。
?
土体固结模型包括线弹性模型、<
/p>
各向异性的线弹性模型、
非线性弹性模型、
应变软
化模型、土体的帽盖模型和修正的帽盖模型等。
?
边界条件类型包括
X
和
Y
方向的位移、体力、压
力、阶跃常数以及模型的自重载
荷。
?
SIGMA/W
< br>软件采用小变形、小应变、渐近载荷模型来处理二维平面应变和轴对称
问题。
对每一加载步，
每个节点上的渐近位移有渐近载荷作用计算得出，<
/p>
加到位移
精品
.
上的初始载荷步计算出模型的整体位移。
< br>精品
.
?
对非线性材料的土体模型，
SIGMA/W
软件用
Newton-Rap
hson
方法来解迭代方程，
土体参数在每一迭代步上都要更新
，直到得到收敛解。
?
SIGMA/W
软件可与
SEEP/W
软件相结合分析土体的完全固结问题。由
SEEP/W
软件计算载荷作用下的瞬时孔隙水压力，
而由
SIGMA/
W
软件计算孔隙水压力产生
的变形。
?
用于土体结构内部相互作用的梁结构和杆单元。
?
回填或开挖时的分段载荷。
3.
与其他应用软件的结合：
1)
SIGMA/W
软件计算出的应力可用于
SLOPE/W
软件或
QUAKE/W
软件中：
在
SLOPE/W
< br>软件中用有限元方法计算出的应力值，与由变形分析中得到的应力值一
样，用这些
应力值就可以对一些严格的稳定性问题进行分析了。此外，在
QUAKE/W
软件的地震动力学分析中，
用户可以将
SIGMA
/W
软件计算出的应力作为初始应力分布
值。
< br>
2)
SIGMA/W
软件计算出的孔隙水压力可用于
SLOPE/W
软件或
QUAKE/W
软件中：
<
/p>
在
SIGMA/W
软件中，在如回填等稳
定载荷作用下产生的超孔隙水压力可以代人
SEEP/W
软件中
研究地基中的超孔隙水压力的消散所需时间。
用户可以用
SLO
PE/W
软
件来分析建造过程这些附加应力对稳定性的影响，以
便用户决定分步加载的必要性。
四、
QUAKE/W
（地震动力响应分析软件）
QUAKE/W
软件是一款用力分析
由于地震冲击波、
爆炸产生的动态载荷或者突然
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。
地震对地面
< br>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
QU
AKE/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
很好地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
< br>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
< br>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。
精品
.
1.
典型应用：
QUAKE/W
软件可以对几乎所有的土工结构的动力学行为进行建模分析。
这些问题包
括：
?
岩土堤坝
?
天然岩土边坡
?
软土地基的沉降
?
动态爆炸产生的冲击载荷
?
任何在地震载荷作用下可能产生超
孔隙水压力的天然近似水平的地区。
2.
QUAKE/W
软件的特点：
?
随着连续迭代而不断改变土体特性
参数的等效线性分析
（阻尼系数和剪切模量随着
连续迭代的循环
应变而改变）
。
?
通过数据指针函数来指定的材料参
数，
包括超载修正函数、
剪应力修正、
循环次数、
孔隙水压力、阻尼系数、剪切模量的衰减等
?
导入地震记录数据，水平和垂直方
向加速度随时间变化的记录都可以导入
?
测定导入的地震记录数据的特定区域的峰值加速度和持续时间。
?
边界条件类型包括
X
和
Y
方向的位移、体力、压
力、跃阶常数、应力、流体压力、
阻尼，以及模型的自重载荷
?
用于分析土体结构相互作用的结构
单元，
指定的轴向和弯曲刚度时可以影响系统的
动力响应
?
节点历史可以显示位移、速度、加速度的所有值
?
多种方式查看结果：包括
X-Y
平面图形、等值线、变形网格、动画、光谱分析、
数据表、莫尔圆等
?
查看静力状态、动力状态时的大多数结果参数，或者两种状态共存时的结果参数
?
查看位移、速度、加
速度的相对值（有限元结果）或绝对值（加入地震记录数据后
的结果）
< br>
3.
与其他软件的结合应用：
精品
.
1)
将
QUAKE/W
软件的计算结果应用于
SLOPE/W
软件中的边坡稳定性分析：
< br>地面结构由于地震载荷作用而产生的惯性力可能会影响结构的稳定性，
这种震动也
可能
产生超孔隙水压力。
QUAKE/W
软件的计算出来的动应力分布状况和超孔隙水压力可
以代人
S
LOPE/W
软件中进行地震载荷作用下地面结构的稳定性和变形分析。
SLOPE/W
软件使用
Newmark
格式的变形分析方法来确定屈服加速度和估计土工结构
的永久变形。
2)
在
SEEP/W
软件中计算
QUAKE/W
软件中的超孔隙水压力的消散：
在
QUAKE/W
软件中，
地震过程中产生的超孔隙
水压力可以代人
SEEP/W
软件中用于
研究超孔隙水压力的消散时间。
五、
TEMP/W
TEMP/W
软件是一款采用有限元
法来模拟由于环境的改变或建筑物、
管道施工引起的
地基内热量
变化的有限元分析软件。
TEMP/W
软件内包含了全面的模拟
公式，使用用户对
简单或者复杂的地热问题都可以进行分析。
T
EMP/W
软件可用于地下结构、土木工程等问
题的设计和地热
分析，也包括承受冻融变化的设备的设计。
TEMP/W
软件内的模拟公式可以对地面温度变化情况进行分析，
也能对水转成冰和冰
转化成水的过程中释放或吸收的相变潜热问
题进行计算分析。在
TEMP/W
软件中，在冰水
互相转化过程中吸收或释放的相变潜热表示为未冻水含量的函数，由未冻水的含量进行控
制。结构温度高于相变温度时，
所有的水都是未冻水，当结构温度低于相变温
度点事，
部分
水将发生冻结，
为冻水含
量减少。
对为冻水含量在相变热函数中的灵活定义，
使得
TEMP/W
软件可以对各种条件下的地下结构进行分析计算，也使得
TEMP/W
软件成为一种对各种不
同
的地面条件进行分析的强大软件。
TEMP/W
软件可以对几乎所有的地热问题进行建模分析。这些问题包括：
?
发热建筑下或地下埋管发热引起的永久冻结带的退化；
?
冷藏管周围的霜凝结的发展；
?
地面冻结引起的土体稳定性问题，
包括采矿钻杆周围的冻结管或地下水坝顶部的热电管
的使用；<
/p>
?
铁路和机场跑到下的冻融作用；
?
天然滑冰场和冬季路基等寒区结构内部的冻深渗透；
?
分析各种防止冻结或融化的隔温层
的隔热效果；
精品
.
TEMP/W
软件的特点：
TEMP/W
软件可以对稳态或瞬态的能量流动、截面或平面区域内的二
维能量流动、三维轴
对称能量流动等问题进行计算分析。这些问题具体包括：
?
边界条件类型包括
温度和热流（定值或为时间的函数）边界、热虹边界、热对流面
边界，以及导入测量好的气象数据。
?
由未冻水含量作变量的相变潜热函数；
?
对每一种土质，冻结和未冻结时的
体积热容、为冻水的体积含量都是不同的。
?
当节点温服的变化量高于指定的变
化量时，自适应的时间步将会自动插入额外的时
间步来计算。
?
初始条件由先前的分析或节点温度常数得到。
?
TEMP/W
软件用高斯数值积分算法来求解单元特性矩阵，这种积分包括单元特性
在所选点上插值积分和整体积分。这样，在每一个插值点上都可以使用不同的材料
参数，材料参数在所有单元上都可以变化。
?
土体的导热性温度变化不同而变化
，
TEMP/W
软件用一个广义的导热函数来进行
调节，这样就使得土体结构在由融化状态转变未冻结状态或由冻结状态转化
到融
化状态时土体的导热性可以认为是一个平滑过渡阶段。
与其他软件的结构应用：
测量得到的
气象数据可以从电子表格中拷贝到
TEMP/W
中，这些数据可
以确定在地面
上有没有积雪时的真实温度，
TEMP/W
能用降水数据来确定冬天的积雪深度，也能用能量
平衡方法来计算积雪
下的地面温度，也确定春天时积雪的融化量。
六、
CTRAN/W
（地下水污染物传输分析软件）
CTRAN/W
< br>软件是一款对污染物通过土层和岩石等渗流介质外界环境中的水体通过
地面和地下
水的非饱和区域进入地下水体的有限元分析软件。
CTRAN/W
软件内包括了全面
的模型公式，
用户不仅可以简单地对由于水
的运动而引起的微粒运动轨迹进行分析，
而且可
以包括扩散、散
射、吸附、辐射衰减和密度对流动的依赖性等复杂过程的问题进行分析。
CTRAN/W
软件可以应用于地质构造、采矿、水文地质学、农业等工程项目中。
CTRAN/W
软件与
SEEP/W
软件相结合，具有与
CAD
一样的交互式界面，这两个软
件一起使用，
可以用
来分析污染物的输运。
SEEP/W
软件计算水的流速、
水体积含量和水流
精品
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