OptumG2(岩土分析软件)

　　OptumG2提供岩土分析功能，您可以在软件上绘图分析岩土结果，支持网格设计，支持扇形网格，可以应用于Points以在其周围创建元素的扇形，当存在一种或另一种奇异性的点上，此功能对于“较低”类型的元素特别有用，支持网格尺寸设置，此功能可以应用于点，线和面以指定特征元素的大小，支持结构编辑功能，可以添加板结构，板是用于建模墙的梁单元以及其他各种薄单元，板被指定为“板”类别中的一种材料，该材料定义了其强度和刚度属性，另外，板可以是可渗透的或不可渗透的，支持桩结构，这些是特殊元素，它们仅与土壤部分相互作用，从而大致解决了复杂的三维问题，附加的材料手册中给出了桩排的完整说明，支持土工格栅，土工格栅是用于对土工格栅和类似类型的钢筋建模的桁架元素，土工格栅也通常用于对灌浆的锚杆进行建模，软件功能非常多，如果你需要分析岩土结构就下载OptumG2

软件功能

　　1、高效稳健的算法，无须调整算法参数，无法收敛不再是问题

　　OptumG2的算核建立在先进的数值算法基础上，目前仍然困扰普通有限元程序的，例如无法收敛以及类似的数值问题，对于OptumG2来说都不是问题。

　　因而，不需要进行繁琐和费时的算法参数的调整，所有的精力可以集中于解决给定问题的物理本质。

　　2、上下限分析，远高于传统有限元方法的计算效率和准确度

　　传统有限元软件可以提供近似解，但是这个解可能是安全的也可能是不安全的，无从知晓该解的安全程度。因此，逐渐细化网格的过程被看作是所有有限元分析过程中的标准部分。

　　OptumG2针对所关注的物理量采用计算严格的上限和下限的方法代替了这种冗长（且常常是无结果）的过程。利用得到的上下限解，可以立即估计精确解和误差范围，而这两者的精度都可以通过使用更多单元进行计算而加以改进。

　　3、自适应网格加密，不懂有限元也能划分优质的网格

　　可以使用自适应网格加密进行分析，它是所有分析类型中的标准部件。

　　与解得所关注对象的上下限相结合，自适应网格加密为精度高且计算成本小提供了强有力的方法。

　　4、友好的用户界面，高效的前处理和后处理

　　OptumG2图形用户界面的设计确保了在定义问题和解释结果的过程中保持比较高的效率。加上其受限很少的算核，本程序无论是针对简单的问题，还是涉及众多的施工阶段、材料和分析类型的问题，都能够更为容易和直观地使用。

　　5、可靠度分析，现代化的岩土工程分析方法

　　为了反映岩土材料的强度和变形特性等材料参数所固有的不确定性和可变性的影响，基于随机场概念，OptumG2使得进行随机分析和可靠度分析成为可能。利用蒙特卡洛模拟给出了指定参数的随机分布并进行分析。分析得到的最终结果并不是沉降量、承载能力或类似的指标的单个值，而是这些量的概率分布。

　　另外，OptumG2的随机分析可以通过导入外部生成的参数分布来进行。

　　6、集成分析，一键集成分析，无需有限元分析经验

　　对于大多数岩土分析问题来说，在主分析开始之前，需要几个独立的分析。而在OptumG2中，初始分析作为主分析的一部分，是自动进行的。这包括基于一般的变饱和度渗流理论的渗流分析和基于特定土压力系数的计算初始应力的过程。

　　7、完善的计算报告，自动生成计算报告

　　OptumG2的计算报告可以包括各种绘图、动画、表格、模型数据、计算数据等。用户可以自定义计算书的内容和样式，绘制各种需要的曲线，监测各种关心的变量。计算报告可以以微软Word或Excel的格式导出。

　　8、CAD与命令建模，图形交互与命令批处理，大幅提升工作效率

　　OptumG2支持导入和导出CAD文件，因此，当用户初次使用且不熟悉OptumG2的建模环境时，可以通过导入CAD文件完成快速建模。

　　虽然图形交互的方式可以方便地处理大多数问题，OptumG2还提供了可以绕过图形用户界面的命令行版本，利用命令提示符或通过批处理文件调用算核。当大量相似的问题需要处理，或需要进行参数研究时，此功能非常有用。

软件特色

　　一般信息

　　载荷，边界条件，结构元素和各种其他特征位于“特征”功能区中，如下所示。 可以通过选择和分配来应用所有要素，即通过选择一个几何对象（例如一条线）然后在``要素''功能区中选择相关要素来应用。 此外，某些功能还可以用作分配工具。 对于这些对象，选择特征通常会以光标的形式激活工具，然后可以将特征直接应用于几何对象。 具有工具功能的功能名称，例如 地下水位或网状风扇，并以粗体显示。

　　这些功能分为七个类别：流BC，支撑，荷载，锚，结构，网格和其他。 在下文中，记录了每个类别中的功能

　　流BC

　　Flow BC类别包含四个功能：

　　•地下水位（工具）。 当用作工具时，会自动激活地下水位，如激活时出现的蓝色虚线所示。 在实体域之外使用时，将创建分配了默认材质“水”的其他实体。 当在定义外部边界的垂直管段上使用时，将自动分配与沿管段的静水压力分布相对应的固定压头BC。 最后，可以通过选择并分配水位来将水位分配给任何分段（先选择路段，然后选择“水位”功能）。

　　CONSOLIDATION BC

　　“固结BC”类别包含一个功能：固定多余压力，将多余的孔隙压力沿着一条线固定为指定值。 此功能仅与合并分析相关。 指定零过压（对应于自由排水）的效果示例如下所示。

　　支持

　　支持类别包含五个功能：

　　• 满的。 此功能可以通过选择和分配应用于行。 沿直线在所有方向上的位移都受到限制。

　　• 普通的。 此功能可以通过选择和分配应用于行。 垂直于直线的方向上的位移受到限制。

　　•相切。 此功能可以通过选择和分配应用于行。 沿直线方向的位移受到限制。

　　•标准固定装置。 此功能将“垂直”支撑应用于垂直线，将“完全”支撑应用于定义域边界的水平线。

　　•BC板。 通过选择和分配，此功能可以应用于属于板，土工格栅或连接器的点。 可以限制三个自由度（两个位移和一个旋转）中的任何一个或全部，并且可以使用下图所示的局部坐标系。

　　负荷

　　“负载”类别总共包含六个不同的功能，这些功能可以分为两类：

　　固定负载和乘数负载。 固定负载以绿色显示，并在给定阶段保持其指定值。 乘子负载以红色显示，并且根据分析类型而被放大以达到某个值，例如“极限分析”中的极限负载。 在每个类别中，提供三种不同类型的载荷：

　　•浓缩（kN / m）。 这些载荷仅适用于板或土工格栅的一部分。

　　•分布式（kN / m2）。 这些载荷施加线。

　　•主体（kN / m3或×g）。 这些载荷适用于实体和板。 可以以力为单位指定它们，也可以以它们所应用到的实体或板的单位重量的一部分来指定它们。

　　下图显示了使用所有三种类型的载荷的示例。

　　锚

　　锚是连接到Plates和Geogrids的一维结构元素。 锚有两种类型，它们都可以用作工具：

　　•连接器。 这些是连接到Plates和Geogrids的桁架元素。 它们不与固体相互作用，即可以认为它们存在于存在固体畴的层之外的层中。 需要为连接器分配“连接器”类别中的材料。 这定义了元件的强度和刚度。 另外，可以在给定阶段对连接器规定预应力。 预应力由下图所示的红色符号指示。

　　•固定端锚。 可以将这些元素分配给Plates或Geogrids的节点。 它们等效于一端具有简单支撑的连接器（请参见下面的图示），因此需要指定等效长度和倾斜角度。 可以以与连接器相同的方式施加预应力。

安装方法

　　1、打开OptumG2_v2.2018.02.09.exe软件直接安装，阅读软件的安装协议内容

　　2、设置软件的安装地址C:\Program Files\OptumG2

　　3、提示软件的快捷方式名字设置OptumG2

　　4、软件的启动图标设置界面，点击下一步

　　5、提示下载准备界面，点击install安装主程序

　　6、软件的安装进度条界面，等待安装结束吧

　　7、OptumG2成功安装到电脑，点击完成打开软件

　　8、软件是中文界面，需要输入激活码才能使用

官方教程

　　弹性土上条形脚的沉降

　　下面的示例演示了Optum：GEO在计算上限和下限时的功能，不仅可以计算极限极限载荷，还可以计算弹性能，进而计算变形。 所考虑的示例如图3.1所示。 它涉及在弹性土壤上集中加载的失重刚性条形基础。 基础和土壤分别使用默认材料刚性和线性弹性建模

　　使用维度分析参数，可以证明基础的垂直位移可以表示为：

　　其中q是基础压力，B是基础宽度，E是杨氏模量，β是参数，对于固定的几何尺寸，仅取决于泊松比。

　　正如在《理论手册》中详细讨论的那样，下部元素和6节点有限元元素为弹性能提供了边界。 弹性能量等于外部能量，在这种情况下，外部能量仅由基础压力乘以沿基础恒定的垂直位移即可得出。 因此，“下部”元素将高估垂直位移，而6节点

　　富裕将提供低估的机会。

　　在下文中，使用默认的杨氏模量E = 30 MPa，施加的载荷为q = 150 kN / m2

　　。 计算出垂直位移后，可使用（3.1）来确定β。 对于这两种类型的元素，总共使用10,000个元素。 可以使用弹塑性或弹性分析类型进行分析。

　　结果列于表3.1

　　表3.1：使用10,000个元素在弹性土壤中浅层基础弹性沉降的参数β（方程3.1）的上下限。

　　为了指示典型分析中的错误，使用100个元素对问题进行了重新分析。

　　结果如图3.2所示，表明6节点有限元算法比下限元素更准确。 这种观察是很笼统的，并且适用于大多数问题。

　　STRIP LOAD ON GIBSON SOIL

　　以下示例涉及Gibson土壤的半无限区域（即弹性材料，其杨氏模量随深度从顶表面的零值开始线性增加）的条形荷载问题。 在下文中，不是使用实际的半无限域，而是使用足够大的域（请参见图4.1）。 我们注意到，随着刚度随深度的增加，畴尺寸的影响会迅速减小（与杨氏模量恒定且顶表面变形是畴深度的函数的情况相反）

　　对于q = 10 kN / m2，ν= 0.5，杨氏模量增加0.3 MPa / m，Gibson（1967）给出了载荷下u = 0.05 m均匀位移的精确解。 使用10,0006个节点的有限元，我们获得的最大位移为0.0494 m，误差约为1％。 垂直变形场如图4.2所示。

　　使用用户定义的材料数据对土壤进行浇筑

　　在某些情况下，可能有必要使用某些材料参数的空间变化，而这些变化无法通过简单的分析表达式轻松描述。 OptumG2通过允许使用所有材料参数的任意分布来满足这种情况，如下所示。 问题设置如图5.1所示。 基脚的极限载荷将由不排水的抗剪强度su确定，该抗剪强度可从OptumG2外部的数据集中输入。

　　图5.1：具有用户定义的物料数据（顶部）和输入数据的规格（底部）的土壤基础。

　　上图说明了导入su的任意分布所需的步骤。 属性窗口中su字段右侧的按钮打开该对话框，该对话框显示在图的右侧。 使用导入按钮，可以将包含材料数据的文件加载到项目中。

　　输入文件必须包含三列，分别具有x和y坐标以及参数值。 不需要特殊的坐标顺序，但是数据应能覆盖指定坐标的整个域。 可以通过打开“材料参数”窗口的按钮旁边的红叉来卸载数据。

　　在定义了输入的情况下，使用5,000个元素和3个适应性迭代进行上限和下限极限分析。 结果是承载力为

　　图5.2：su与用户定义的输入数据的差异。

　　可以通过“材料参数”下拉列表在“结果”下显示参数图。 su的分布如图5.2所示。 塌陷机制（下界）如图5.3所示。

　　图5.3：塌陷机理和剪切耗散分布（单元类型=下）。

　　边坡稳定性–长期

　　在此示例中，我们考虑如图6.1所示的分层斜坡的稳定性。 这些层包括默认材料“坚硬粘土”和“硬质粘土”。 在下文中，仅考虑长期分析。 假定地下水位位于斜坡的脚趾下方。

　　边坡稳定性分析中的中心量是安全系数（FS）。安全系数的所有常见定义均在FS> 1表示稳定性而FS <1表示不稳定的情况下运行。在给定的情况下，安全系数的高低到底多少，在很大程度上取决于其确切的定义。

　　常见定义涉及相对于单位重量的实际单位重量，这将导致初期崩溃：

　　其中γ是实际单位重量，而γcr是将导致初期坍塌的单位重量。从本质上来说，可以通过重力加速度来定义此安全系数：

　　其中g是实际重力加速度（= 9.8 m / s2

　　默认情况下），而gcr是引力加速度，它将导致初期坍塌。

　　另一个常见的定义涉及与将导致初期崩溃的强度相关的材料强度。特别是，对于摩尔-库仑材料，安全系数可以定义为

　　其中c和ϕ是实际的材料强度，而ccr和ϕcr是将导致初期崩溃的强度。

　　两种定义都有优点和缺点。通常，基于强度的定义比基于重力的定义更为保守，即导致较低的FS值。确实，对于某些并非不切实际的问题，FSg倾向于无穷无尽，而FSs可能是有限的，并且不超过统一性。而且，可能会争辩说，由于真正的不确定性在于材料的强度而不是材料的重量，因此基于强度的定义更为合理。

　　OptumG2可以计算基于重力和强度的安全系数。前者是通过使用“重力乘数”选项的“极限分析”来实现的，而后者可以使用“强度折减”分析来进行。

　　重力乘数

　　通过使用“极限分析”来评估基于重力的安全系数，可以通过在“阶段管理器”窗口下半部分的“设置”下设置“ Mul tiplier = Gravity”来实现（请参见图6.1）。这种类型的极限分析会忽略所有乘数载荷，并放大重力加速度（从而增大单位重量），直到达到故障状态为止。最终的崩溃倍数是寻求的安全系数FSg。

　　长期分析由“阶段管理器”窗口下半部分的“时间范围”字段指定。对于此计算和后续计算，我们将使用具有3个自适应迭代和剪切耗散的1,000个元素和网格自适应作为自适应控件。通过分别将“元素类型”设置为“下限”和“上限”，可以在不同的阶段定义下限和上限计算。

　　这些设置都如图6.1所示。

　　分析的结果是：

　　从中我们可以得出结论，该斜坡在长期内是稳定的。 塌陷解决方案如图6.2所示。

　　强度降低

　　强度折减分析的目的是确定一组导致初始坍塌的折减参数，即暗示重力倍数等于1。对于Mohr-Coulomb模型，强度根据等式进行折减。 （6.3）。 计算是一系列极限分析的结果。 因此，强度折减分析通常比单个重力乘数极限分析昂贵得多。

　　通过在“阶段管理器”窗口中选择此分析来执行强度折减分析。

　　使用上一个分析中的1,000个元素和3个适应性步骤，我们可以获得：

　　图6.2：具有总耗散强度的分层斜坡（下界）的重力乘数极限分析和强度折减倒塌解决方案。

　　从中我们可以再次得出结论，该斜率在长期内是稳定的，尽管与以前的分析相比，其安全系数在数值上较小。

　　两次分析的下限塌陷解如图6.2所示。 我们注意到位移（或速度）是不连续的，这是下界元素的一个特殊特征。 两种坍塌机制非常相似，不同之处在于，强度折减分析暗示了在摩擦角为ϕcr = arctan [tan（20◦）/1.35]≃15°时的破坏，而重力倍增机制则对应于破坏。 ϕ的原始值=20◦。

　　概括

　　该示例说明了边坡稳定性的一些基本特征，特别是基于重力和强度的安全系数之间的差异。 在下面的部分中，提供了一些更高级的示例，其中考虑了短期分析，初始应力的影响以及承受地震载荷的坡度。

　　边坡稳定性–短期

　　此示例涉及先前在上一节中介绍的斜率（在图7.1中再次显示）。虽然在上一节中考虑了长期稳定性，但是本示例的目的是确定短期稳定性。同样，假定地下水位位于斜坡的脚趾下方。同时，假设整个斜率的饱和度足以产生过量的孔隙压力，即，该材料在任何地方的短期条件下均以不排水的方式响应。

　　通常在短期条件下使用排水/不排水材料进行分析时，边坡中的初始应力是评估其稳定性的重要组成部分。 OptumG2提供了许多方法来确定当前场景的初始压力。最直接

　　一种方便的方法是让初始应力自动计算，以产生一种最大程度满足σ'x=σ'z=K0σ'y的应力状态。

　　其次，由于初始应力是边坡历史的函数，因此可以采取从满足σ'x=σ'z=K0σ'y的初始矩形区域开始的方法，然后挖掘必要的部分以形成边坡。坡。在下文中，将考虑两种方法。

　　初始应力的自动计算

　　这种方法是最直接，最方便的。此处使用上一节中详细介绍的方法自动确定初始应力。通过对1000个元素进行强度折减分析并进行3次适应性迭代，可以得出基于强度的安全系数的以下估计：

　　图7.2：坍塌机制（短期强度折减分析）。

　　可以将其与上一节中的约1.34的长期因子进行比较。 总之，短期内的斜率比长期内的略为稳定。 塌陷机制如图7.2所示。

　　开挖引起的初始应力

　　确定初始应力的另一种方法是从最初的矩形区域开始，然后挖掘必要的材料以创建斜率。 OptumG2特别适合此类任务。 图7.4说明了所涉及的不同阶段以及将它们彼此链接的任务。

　　得出的安全系数由下式给出：

　　这比使用自动方法获得的结果略低。 每种方法产生的初始应力分布如图7.3所示。 最终的差异最终反映在相应的安全因素中。 应当指出，没有一般规则可以规定一种方法比另一种方法具有更高的强度。 实际上，在大多数情况下，如在这种情况下，结果将非常相似。

　　初始：使用“初始应力”分析计算矩形区域的初始应力。垂直和水平应力在这里与σh=K0σv相关，其中上层的K0 = 0.66，下层的K0 = 0.63。

　　总共使用了100个Lower类型的元素，在这种情况下，这足以提供确切的解决方案。

　　开挖：使用弹塑性分析并将“初始”阶段用作“开始”阶段，将必要的材料移除以创建斜率。

　　为了进行此分析，总共使用了1,000个6节点FE类型的元素。时间范围是长期的，这意味着该斜坡是首先开挖的，此后要经过足够的时间才能使孔隙压力消散。

　　LB Exc：使用强度折减分析并将“挖掘”阶段用作“从”阶段，可以确定基于强度的安全系数的下限估计。

　　总共使用了1000个具有3个适应性迭代的Lower元素，并且时间范围是短期的。

　　UB Exc：使用强度折减分析，并将“挖掘”阶段用作“从”阶段，可以确定基于强度的安全系数的上限。

　　总共使用了1,000个具有3个适应性迭代的Upper A元素，并且“时间范围是短期的”。