随着城市化进程的加快，有众多工程地质问题难以解决，比如复杂地基基础的沉降非线性有限元计算如何考虑；基坑开挖过程中支护结构的三维有限元计算如何操作；基坑施工过程中对周边已有建筑物的沉降影响及已有隧道管廊等地下结构的影响如何精细化分析，而这些问题靠拍脑袋的工程经验似乎不太能够说服大家，安全性也很难保证，因此推出一款强有力的有限元分析软件势在必行。
目前国内很少有相应的软件来解决相应的问题，面对信息化数据安全的需求，国产化替代迫在眉睫，面对众多地质分析的需求，PKPM目前率先推出了一款全新的实体通用有限元分析PKPM-GS岩土非线性软件，对于此类问题提供了较为强力的计算分析能力，接下来我们以实际工程为例为例来看看如何操作计算地基的沉降。
PKPM-GS岩土非线性是一款结构、基础及桩土共同作用的分析软件，提供了岩土线性或非线性静力分析，支持开挖回填、后浇带及上部结构施工阶段分析等多种分析类型。
PKPM-GS将PKPM-CAE计算能力与设计软件SATWE、JCCAD的模型整合，实现模型自动化集成，为桩土复合地基等复杂情况提供沉降及后浇带的仿真模拟，用户无需进行绑定、耦合、复杂本构、模型等繁杂的操作，软件在后端智能化处理。PKPM-GS突破了传统基础设计采用分层总和法或Mindlin等简化算法，提供行业沉降难点解决方案，不再是简单的考虑上部刚度的影响，而是真实的采用实体模型进行通用有限元分析，在考虑岩土参与计算方面，解决国外软件“卡脖子”问题。
（一）进入岩土非线性软件
运行环境：本程序是Windows版程序，可与Windows10及Windows11兼容，软件目前仅提供64位版本。
（二）建立上部模型
其详细操作与说明可参照《PMCAD使用指南》与《SATWE使用指南》，建模之后需要进行计算并完成上部模型的调试，满足相关规范的要求，基础会对接上部的.pdb文件的数据，读取相应的satwe工况信息。需要注意的是，目前上部结构暂时只支持采用模拟施工三进行计算（PKPM2025R2.2x64位），后续会陆续支持其他施工模拟方式，因此需要在前处理调整施工模拟方式。
（三）输入地质资料
其详细操作与说明可参照《JCCAD用户手册》。
需要注意的是相比于原来的地质资料参数输入，PKPM-GS岩土非线性软件增加了本构模型对话框，岩土本构一定程度上决定了分析的正确性，所以一定要重视并填写正确。目前岩土本构模型支持三种：摩尔库伦模型、MCC修正剑桥模型、扩展DruckerPrager模型，后续可能会陆续开放岩土帽盖模型以及邓肯张模型，此次我们采用摩尔库伦模型。
摩尔库伦模型：
基于土体极限平衡理论，提出用土体破坏时的摩擦角和粘聚力来反映土体抗剪强度，为弹-理想塑性模型。
MCC修正剑桥模型：
可以反映正常固结土的体积剪缩特性和超固结土的体积剪胀特性。主要是对剑桥模型的弹头形屈服面形状作了修正，认为屈服面轨迹应为椭圆，随后又修正了剑桥模型认为在完全状态边界面内土体变形是完全弹性的观点，认为在完全状态边界面内，当剪应力增加时，虽不产生塑性体积变形，但产生塑性剪切变形，因此被称为修正剑桥模型。
扩展DruckerPrager模型：
主要用于颗粒状的材料，如土壤、岩石、混凝土，此处混凝土模型用于表示脆性材料的特性，包括某些岩石和一些脆性材料。该模型参数少、计算简单，还能考虑静水压力对材料屈服和强度的影响以及岩土类材料的剪胀性。
此参数与筏板参数定义类似，可自由进行布置，在参数页面可设置岩土计算范围边线。
需要注意的是计算岩土的范围应包含所有的基础构件，否则计算会有问题，此外基坑的底标高要与基础的底标高一致。
② 布置基坑开挖深度
③ 布置放坡信息
④ 布置基坑支护信息
目前支持地连墙、SMW工法桩、排桩、双排桩、钢板桩、冠腰梁、支撑、板撑、锚杆/索、土钉等基坑支护信息的定义，本工程以定义地连墙为例选择相应的材料类别，设置嵌固深度：
⑤ 布置场地信息
目前场地信息支持堆载，管廊以及降水井的定义，可根据实际场地的需求进行交互布置，后续版本会支持直接导入上部模型来直接考虑相应的影响。
⑥ 布置基础方案
此处我们以布置独基+防水板为例，布置相应的基础构件，需要注意的是基础底标高要与基坑底标高一致，否则计算会异常报错。
⑦ 施工过程交互定义
对于施工过程目前软件是自动生成的，默认按照施工模拟三的方式布置的，此处如果有特殊需求，可以手动交互相应构件的加载步，已考虑相应的影响。
⑧ 桩刚度、基床系数定义
用户可根据实际的地质情况交互修改桩刚度以及基床系数的相应计算方法或者直接指定相应数值，以考虑对沉降计算的影响。
⑨ 一键计算，查看分析结果
模型计算完成的之后即可以查看相应的位移、塑性应变以及主应力情况等等，在剖面设置里面可以智能选择剖切位置，方便我们查看相应的位移及损伤情况，通过此案例结果分析，我们可以直观的看到在以现有的工程地质条件以及支护方案的前提下工程产生了最大34.7mm的沉降，相邻基础间沉降差最大约15mm，根据《地规》5.3.4，满足规范地基变形要求，因此可以采用现有的基础方案。此外需要注意的是软件默认生成的位移值是以m为单位的，如果显示位数过小，可在右下角设置相应的单位。
（1）通过以上的案例我们可以看到目前PKPM-GS能够支持沉降非线性有限元计算分析，且模型自动化集成，无需进行绑定、耦合、复杂本构、模型等繁杂的操作，计算方法上突破了传统基础设计采用分层总和法或Mindlin等简化算法，提供行业沉降难点解决方案，不再是简单的考虑上部刚度的影响，而是真实的采用实体模型进行通用有限元分析。其主要核心功能包含：
①复杂地基基础的沉降非线性有限元计算分析；
②基坑开挖过程中支护结构的三维有限元计算；
③基坑施工过程中对周边已有建筑物的沉降影响及已有隧道管廊等地下结构的影响。
未来致力于满足更多地质沉降的问题，从而满足行业绝大多数行业痛点，包含但不局限于如：
①基坑应力及变形分析、基坑设计、沉降模拟；
②新建建筑对已有建筑的影响；
③施工过程管理；
……
（2）PKPM-GS是一款结构、基础及桩土共同作用的分析软件，提供了岩土线性或非线性静力分析，支持开挖回填、后浇带及上部结构施工阶段分析等多种分析类型，是一款真正的三维应力分析软件。
（3）PKPM-GS延用了原来PKPM的建模习惯，上手难度小，操作简单便捷，计算效率高，有限元网格划分尺度自由交互，可显示结构整体分析全过程的位移结果，即工程在任一施工步的变形情况，在解决工程地质问题方面无疑是我们的强力帮手。
本程序将于2025R2.4版本中推出，欢迎大家申请试用。
试用链接：
https://uc.pkpm.cn/TrialCenter
供稿丨
李幸起
审稿丨
朱恒禄、刘孝国
编辑丨
王蕊
责编丨
张跃飞
