台灣邁達斯股份有限公司 滲流應力耦合分析

滲流應力耦合（間接耦合）在岩土架構分析中，地下水位的變化往往會造成架構的受力變化，進而引起變形。因

此在計算中需要考慮地下水位的影響。

一、原理

根据太沙基（Terzaghi）原理，总应力（ ）可以分为有效应力（ ）和孔隙水压力

（ ）。

水不能承受剪切應力，所以有效剪切應力和總的剪切應力相等。即總應力的表達式如下︰

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在GTS程式中，實現應力滲流耦合（間接）是根據以上公式，首先透過滲流計算得到有效應力計算需要的孔隙水壓力，然後將該孔隙水壓力調入到應力分析中（包括線性非線性靜力分析、施工階段分析、邊坡穩定分析等）。

二、操作過程

1、線性非線性靜力分析、邊坡穩定分析

在這兩類分析中，由於不考慮施工階段，因此程式添加了其他工況的結果（主菜單-模

型-荷載）命令。透過該命令，用戶可以將滲流分析工況得到的孔隙水壓力調入到應力分析中，進而計算有效應力，利用有效應力原理進行計算。

圖1 其他工況的結果

需要注意的是︰在分析工況定義的時候，需要激活該荷載組；導入的滲流可以包括穩定流分析、非穩定流分析、施工階段（滲流）分析的結果，其中非穩定流和施工階段需要指定時間段。

2、施工階段分析

在施工階段分析中，有兩種模式來實現︰當每步的水位已知的情況下，用戶可以在定義施工階段時候設置階段水位（如下圖）；但需要根據邊界條件求解的情況下，用戶可以設定滲流工況，下面詳細說明第二種方法︰

圖 2 階段水位

根據有效應力原理，首先需要得到孔隙水壓力。在GTS施工階段中，需要在應力分析前定義階段類型為滲流階段（包括穩定流和非穩定流），這樣程式會根據模型以及滲流邊界條件計算得到孔隙水壓力，然後程式自動把每個單元的孔隙水壓力調入到下一步應力計

可以選擇穩定流的結果，也可以選擇非穩定流（或施工階段）的某個時間段

可以設定隨著某個方向變化的函數來模擬不平水位。這個時候前面的數值為系數（取整體坐標系重力方向）。

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算中去。這裡需要注意的是每一步滲流必須在應力分析前。

例如︰考慮降水對周遭架構物的影響。（二維分析）

模型

模型如上圖，考慮坑周遭降水（在坑周遭上設置節點流量邊界），以實體代表建築物。

模型建立和邊界條件不詳細說明。

先說明重點說明施工階段的定義︰

第一步

第一步計算初始滲流場，階段類型定義為滲流（穩態）。

建筑物基坑周围降水

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第二步

第二步計算自重應力場，階段類型定義為施工。

第三步

第三步計算降水引起的滲流場，階段類型定義為滲流（穩態）。

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第四步

第四步計算降水引起的基坑沈降，階段類型定義為施工。由於沒有開挖前，因此該步可以為空階段。

第五步

第五步計算開挖，階段類型定義為施工。在本次計算中不添加支護。

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孔隙水壓力分佈圖

降水階段豎向位移變形示意圖

3、總結

透過上文說明可以看出，GTS中實現應力滲流耦合基本原理就是首先生成孔隙水壓力，然後將這個孔隙水壓力調入應力分析中。所以關鍵在于孔隙水壓力的計算，這部分可以參考滲流計算。