数值模拟在工程施工中的重要性
――midas GTS在施工中的应用
近几年来，国内地下空间迅速发展，地下空间的利用已扩展到各个领域，发挥着重要的社会和经济效益。

但同时，由于地下空间完全不同于地上结构，使得各工程师面临很多新的难题及挑战。

土体或岩体作为一种常见材料，是组成我们地球家园的主要物质；但相对于其它建筑材料，它又具有特殊性和复杂性，其物理性质由多个因素决定，如饱和度、土颗粒排列形式、颗粒之间的化学物质等等，不同的土体在遇水后反应也不一样，如黄土遇水湿陷，膨胀土遇水膨胀等等。

因此，土体或围岩受力后的变形绝不仅仅是由单一的荷载大小来决定。

虽然对土体的研究已有很长一段历史，但正是由于土体性质的复杂性，学术界对岩土的许多问题仍然存在着许多争议，工程界许多工程事故的发生也给岩土工程师们带来许多挑战，如地铁坍塌、城市基坑开挖引起邻近建筑物的倒塌、降雨引起的边坡失稳、水库坝决堤等等。

对于很多岩土问题，有经验的工程师喜欢靠经验，但随着地下结构复杂化，将经验与理论结合在岩土工程中已成了不可逆转的趋势。

对于施工人员来说，施工过程中工程的安全性尤为重要，很多岩土工程的事故都是由于施工出现问题而发生，如杭州等地的地铁事故、上海楼倒倒事故、海南万宁水库溃败事故等等，给我们的生命财产带来严重损失，但我们可以根据实际监测，结合数值模拟进行施工监控，从而将会极大程度地降低事故发生的可能性。

此外，由于勘察技术有限，对于许多土体周边的环境并不能完全准确勘测，往往会在施工过程中出现临时改线、选线等，既要保证安全性，又要经济合理化，此时就对施工人员有很高的要求。

用数值模拟作为指导，分析不同的设计方案，最后选择最有利的方案将是每会施工人员应具备的能力。

鉴于此，各施工单位对数值模拟的技术人员要求也越来越高。

midas GTS是一款专用的岩土有限元分析软件，同时具有施工阶段分析、衬砌设计、渗流分析、边坡分析、固结分析、动力分析等岩土分析功能。

此外，为了满足广大中国用户的习惯，提高工作效率，midas GTS具有简洁的操作平台、便利的建模流程、详细的联机帮助等，是有限元初学者的最佳入门学习软件。

以下是midas GTS在岩土施工工程中的应用实例分享：
1.隧道工程：
midas GTS提供了施工阶段分析，根据实际情况定义施工工况，监控每一步施工步骤对
土体或岩土的影响，以确保施工质量及安全。

Fig. 1.1: 交叉隧道几何模型透视图 Fig. 1.2: 交叉隧道
Fig. 1.3: 初始状态第三
主应力云图Fig. 1.4: 施工阶段最后一步第三主应力云图
Fig. 1.5: 最后施工步骤周围土体沉降
Fig. 1.6: 最后施工步骤原隧道变形
Fig. 1.7: 最后施工阶段原隧道沉降
2.城市中基坑工程
随着城市的发展，基坑工程在密集的“建筑森林”的风险性评估也越来越受到重视，数值模拟是风险性评估的最好工具。

Fig. 2.1: 城市基坑开挖工程图
Fig. 2.2: 模拟模型
Fig. 2.3: 施工最后步骤基坑周维土层的沉降
Fig. 2.4: 基坑开挖结束后邻近建筑物基础沉降
3.水库渗流分析
水库主要以防洪为主，兼顾供水上与灌溉。

但往往所处的地质环境并不理想，同时存在
着断层、裂隙、溶洞及软弱层等等，因此防渗工作尤其重要。

Fig. 3.1: 某水库坝址整体模型
Fig. 3.2: 整体模型中的河道
Fig. 3.3: 整体模型的河道
Fig. 3.4: 不设置帷幕时的水头分布
Fig. 3.5: 设置帷幕的水头分布4.道路施工对周围桥墩影响
Fig. 4.1: 主要断面
Fig. 4.2: 分析模型
Fig. 4.3: 开挖后土体竖向位移 Fig.4.4: 桥墩基础竖向位移
从以上四个实例可以看出，数值模拟对于每一位施工人员都是必需掌握的有效工具，通过数值模拟，对施工过程中土体自身及周边环境反应的分析，从而对整个施工阶段进行预测与监控，极大程度的降低了施工过程中的安全发生率，从而提高了施工质量。