渗流应力耦合

渗流应力耦合（间接耦合）
在岩土结构分析中，地下水位的变化往往会造成结构的受力变化，进而引起变形。

因此在计算中需要考虑地下水位的影响。

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（）。

水不能承受剪切应力，所以有效剪切应力和总的剪切应力相等。

即总应力的表达式如下：
在GTS程序中，实现应力渗流耦合（间接）是根据以上公式，首先通过渗流计算得到有效应力计算需要的孔隙水压力，然后将该孔隙水压力调入到应力分析中（包括线性非线性静力分析、施工阶段分析、边坡稳定分析等）。

二、操作过程
1、线性非线性静力分析、边坡稳定分析
在这两类分析中，由于不考虑施工阶段，因此程序添加了其他工况的结果（主菜单-模型-荷载）命令。

通过该命令，用户可以将渗流分析工况得到的孔隙水压力调入到应力分析中，进而计算有效应力，利用有效应力原理进行计算。

图1 其他工况的结果
需要注意的是：在分析工况定义的时候，需要激活该荷载组；导入的渗流可以包括稳定流分析、非稳定流分析、施工阶段（渗流）分析的结果，其中非稳定流和施工阶段需要指定时间段。

2、施工阶段分析
在施工阶段分析中，用户可以根据渗流边界的变化设定渗流工况：
根据有效应力原理，首先需要得到孔隙水压力。

在GTS 施工阶段中，需要在应力分析前定义阶段类型为渗流阶段（包括稳定流和非稳定流），这样程序会根据模型以及渗流边界条件计算得到孔隙水压力，然后程序自动把每个单元的孔隙水压力调入到下一步应力计算中去。

这里需要注意的是每一步渗流必须在应力分析前。

例如：考虑降水对周围结构物的影响。

（二维分析）
模型
模型如上图，考虑坑周围降水（在坑周围上设置节点流量边界），以实体代表建筑物。

模型建立和边界条件不详细说明。

先说明重点说明施工阶段的定义：
建筑物 基坑周围降水
第一步
第一步计算初始渗流场，阶段类型定义为渗流（稳态）。

第二步
第二步计算自重应力场，阶段类型定义为施工。

第三步
第三步计算降水引起的渗流场，阶段类型定义为渗流（稳态）。

第四步
第四步计算降水引起的基坑沉降，阶段类型定义为施工。

由于没有开挖前，因此该步可以为空阶段。

第五步
第五步计算开挖，阶段类型定义为施工。

在本次计算中不添加支护。

孔隙水压力分布图
降水阶段竖向位移变形示意图
3、总结
通过上文说明可以看出，GTS中实现应力渗流耦合基本原理就是首先生成孔隙水压力，然后将这个孔隙水压力调入应力分析中。

所以关键在于孔隙水压力的计算，这部分可以参考渗流计算。

注：本文主要讲的是渗流应力耦合间接法，直接法需要使用固结分析。

模型见附件1。