岩土數值軟體的目前的現狀和發展是怎樣的？

12-23

覺得這是個很不錯的問題，俺來拋磚引玉。

一般而言提到數值軟體，首先會想到常見的有限元軟體，如Ansys、Abaqus等等，也會想到常用的計算方法：有限元，有限差分，離散元，有限體積，有限求積元，單純形法，無網格法等等。先說一下數值計算方法，從有限元老師的課件上盜圖如下，圖中列出的是連續介質力學範疇內的計算分析方法，我就不一一說明了，右邊的部分是「數值方法」：

需要特別指出，離散元（DEM）沒有在圖中，它的思路並不是直接求給定的（連續介質的）方程的解，而是針對不連續介質提出的，離散元也是一種數值計算方法。另外，岩土工程中常用極限平衡法（LEM）判斷穩定性，我想它應該不能歸為「數值方法」，但是它與岩土工程數值計算是緊密結合的。

岩土工程的複雜性，讓它能成功地吸引各路神仙來此大顯身手。土具有碎散性，因此離散元天生就適合岩土工程計算；太沙基、比奧等先賢們讓碎散的土擁有了和其他連續介質一樣的「方程」，因此連續介質的理論也能為其所用；複雜的計算不僅僅要考慮固體，還要考慮液體，進行流固耦合計算。嗯……岩土好麻煩。

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然後，我們就看一看各個方法及其對應的軟體吧。
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第一個要說的當然是枝繁葉茂的有限單元法。
大多數通用有限元軟體都可以用於岩土工程計算：如Ansys、Abaqus、Marc等耳熟能詳的軟體，也有Open Seas等近幾年發展的新軟體。Open Sees的發展，讓大家看到「開源、共享」越來越受歡迎。
也有很多專門針對岩土工程的有限元軟體，如PLAXIS、Geo-Studio、Z-Soil等。
PLAXIS是荷蘭Delft大學開發的岩土工程有限元軟體，前幾天剛剛推出了20周年紀念版。這麼看，它最早的商業版本應該是94年推出的。軟體的開發開始得更早，它是一款相當人性化的軟體，容易上手，無論是建模還是計算，都讓用戶非常舒坦。當前產品構成包括：PLAXIS 2D和PLAXIS 3D；最新版本是PLAXIS 2D AE和PLAXIS 3D 2013。Plaxis可分析岩土工程學中二維、三維的變形、穩定性以及地下水滲流等問題，能夠勝任目前大部分的岩土工程問題。PLAXIS2D能分析平面應變問題和軸對稱問題，3D適用性更廣。該軟體能夠模擬土體，牆、板、梁等結構，接觸面，錨桿，土工織物，隧道，樁；能夠進行變形、固結、載入卸載、開挖回填、穩定性分析、內源性動力問題、外源性動力問題、滲流等各類計算。最近幾年它步子邁得比較大，新功能也比較多。比如2D AE和3D都支持命令流建模，能導入靜力觸探的結果用於地質情況輸入，有自由場邊界了，etc. 哦，對了，現在還支持Python二次開發。

Geo-Studio是加拿大開發的，應該和Fredlund有點關係吧。它計算是分模塊進行的，我只用過SLOPE、SEEP、SIGMA三個模塊，SLOPE是用極限平衡法算邊坡，SEEP能算飽和/非飽和的穩態/瞬態滲流，SIGMA算內力。沒有用過最新版，不清楚現在功能如何了，我本科畢設用過它的2007版破解版。總體而言沒有PLAXIS好用，也有幾個優勢：1.算非飽和土，功能比PLAXIS多一些（畢竟是Fredlund門派的），可是PLAXIS能流固耦合，能做三維；2.極限平衡法可選的功能很多（好歹沾點兒摩根斯坦的仙氣兒），PLAXIS是用強度折減算穩定性。

多物理場耦合軟體COMSOL也是不錯的（不熟悉的請看此鏈接：全球第一款真正的多物理場耦合分析軟體COMSOL Multiphysics中國總代理--中仿科技(CnTech.com.cn)--專業信息化軟體及技術諮詢公司），它不是專門的岩土工程軟體，強大的多場耦合功能讓它在岩土方面很吃香，無限元也讓它適用性更廣。我們算地熱都用它！

其他岩土有限元軟體我沒有用過，就不多說了。Midas最近也推出了岩土工程模塊，剛推出的時候計算效率還比較低，後來有所改進。PKPM也有地基基礎的模塊，俺沒有試過。
就功能而言，有限元軟體就像一個「計算器」。你如果掌握得足夠好，你能用任意一個軟體解決大多數問題。

寫得好累啊……先發出來，待會兒補充

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第二個講有限差分法，常用的軟體是FLAC
有限差分收斂比較慢，因此算問題特！別！慢！
我旁邊的同學用FLAC 2D（舊版本），算個動力問題，電腦幾天不能關，人等得比電腦還痛苦。知友林子在評論中補充道：「現在Flac5.0大幅提高cpu利用率到90%以上了，運算速度顯著提升，動力計算不清楚，同一台式機上3.0花3h+的穩定係數計算，5.0縮到20min了。」

（圖片來自網路，FLAC的網格都特別整齊，是吧~）

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第三個講離散元
常用的商業軟體是PFC，在網上我也搜到過一個法國課題組開發的開源軟體Yade，Yade是linux下的軟體。
要用來做工程計算，它還有很多路要走。它用無數個小球來模擬土，如果小球足夠多、足夠小，也就罷了，可是計算機能力有限，以至於大部分人還在做「小規模的計算實驗」。用它發現離散體的定性規律，或者進行參數標定。

（圖片來自：常在等，砂土強度和剪脹性的顆粒力學分析）
南大的離散元計算搞得很好，請戳這個鏈接：我院成功開發出世界上第一個單機100萬顆粒離散元模擬系統（南京大學地球科學與工程學院）。看了覺得很振奮，不過也有一絲憂傷——離散元還是科學家的玩具，不是工程師的工具。

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第四個講物質點法（MPM）
物質點法是無網格法的一種，目前發展很迅速。無網格法算大變形很有優勢，有限元比不了。
大部分人應該沒有聽說過MPM，想有一個大致的了解，請戳：物質點法_百度百科和 http://en.wikipedia.org/wiki/Material_Point_Method
現成的商業軟體應該有，我不太清楚。
國內搞得比較好的是清華航院的張雄教授，這是張教授課題組的網站：歡迎訪問計算動力學研究室主頁，他們進行了大量的研究，開發了自己的軟體。有興趣的同仁讀一讀該課題組的論文吧，會很有收穫哦！

（圖片來自張教授課題組網站）

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其他的一些暫時還比較「小眾」或仍然在起步階段的，我就不介紹了。
沒有哪個軟體或演算法能一勞永逸地解決所有問題，對岩土工程這樣複雜的學科，更是這樣。
回到原問題：能否簡述一下目前岩土數值軟體的發展和現狀？現狀就是：正在蓬勃發展！=======================================================
忙了一天，今天心血來潮，繼續補充。
其實要談最新進展，離不開說最新的論文都在研究些什麼。
就以18th ICSMGE（ INTERNATIONAL CONFERENCE ON SOIL MECHANICS AND GEOTECHNICAL ENGINEERING）中TC103（Numerical Methods in Geomechanics）的論文為例，看看他們都在研究什麼吧。當然了，其他部分的論文也涉及Numerical Methods，不過實在沒時間看完整本3500頁論文集……好的是這一個TC裡面也有一篇「總論」（Chau K.T.,General Report of TC103 Numerical Methods.），講全部52篇論文的大致情況。
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上表是所有論文的方法、軟體、應用範圍的總結，課件FEM和FDM用得最多，PLAXIS、FLAC、ABAQUS用得最多。新的方法如SPH、MPM也都有人用。
個人覺得SPH（光滑粒子流體動力學方法）比較有趣，算流固耦合很炫酷，很好玩 Smoothed-particle hydrodynamics。
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這些文章使用的屈服函數，在General Report中也有介紹：
14/52用了Mohr-Coulomb屈服面（注意，不只是摩爾庫倫模型用M-C屈服準則，HS模型的屈服面也是M-C）；
7/52用了Drucker-Prager屈服面，非關聯流動準則；
4/52用了Cam clay model；
1篇文章同時用了Matsuoka-Nakai failure model 和M-C；
1篇文章同時用了Hoek-Brown failure model和M-C，H-B比M-C更適用於岩石。
不知道為什麼加起來不是52……
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歡迎補充！

@鶴運的回答已經很全了，我來說說我在實際操作中的感受。

1. 像Ansys，Abaqus這樣比較general的軟體，除非是非常複雜的情況（本構模型偶見且非線性，或者需要考慮3D大變形之類的），基本出了學校我就沒用過了。COSMOL （也是科研時期用過）用在geotech，可能也是殺雞焉用牛刀了，當然不排除我們平時解決的問題都太easy。

2. GEO-SLOPE12似乎是花哨了很多，但是最近使用的非常不爽，尤其在進行他自稱便利的multi-stage rapid drawdown 計算中。且我們經常會在用UTEXAS來驗證計算。更不用說他的seismic part，我們是不用的（基本就是覺得沒有很好的validity backup）。也不能自己寫code加功能，好處當然就是便利。結果可直接倒出到dxf呈現。

3. FLAC基本就是用來計算dynamic，可以自己program加本構加演算法加各種控制項算seismic，比較方便。模型建立也還算ok，用戶界面一般，需要自己post processing來給出presentable results。

4. PLAXIS用來計算static較常用，construction procedure and excavation analysis。可能we have used it once the entire two years?

5. 身在加州，怎麼也要會用個SHAKE和QUAD4來算算seismic response。

6. 其實這個世界上還有一個公司做的岩土類計算軟體群（有點跑題因為不能說他們是數值軟體）叫做Bentley的，從subsurface exploration 到FEM basic/water flow/tunnel 到geoStructural Analysis應有盡有。我沒有使用過他家的計算軟體群，不好評價。logging軟體的ui真的是做的很不好，雖然出的結果很牛逼。但是我很看好他們，如果他們真能把User Experience做好，再把他們所有的power 都整合起來，那是真心牛逼。貼圖一張。

7. 一些專項軟體，比如計算lateral pile response的LPILE和GROUP，都是Ensoft公司的當家花旦，當然他家也出計算pile bearing和retaining wall的，用處不大因為我自己就有寫那些小軟體。

補充下abaqus的介紹
其實abaqus已經不算是有限元計算軟體他的隱式求解部分是指standard模塊包括多物理場弱耦合強耦合部分其顯式求解部分也就是ex模塊包括了動態 cel演算法用的是更接近flac的差分法最重要是兩者可以聯合求解計算
在6.7以後增加了cfd模塊這個模塊也支持與其他模塊的聯合求解也增加了電學模塊
6.11增加了優化設計模塊與sph技術
6.13增加了離散元演算法
與ansys相比其各個模塊集成度更高
現在的abaqus可以計算聲學動力學流體力學多物理場求解尤其是在非線性上極其優異比如模擬切削和焊接裂紋擴展xfem也可以基於py做二次的開發 fortran做二次開發
其前後處理性能極其優越處理岩土問題也不錯
如果說岩土問題本人對pfc期望很高現在的pfc5.0的前處理已經相當不錯了其計算效率非常高現在的pfc也支持宏觀的本勾關係的使用 pfc處理複雜的岩土問題已經在工程中展開2015年的九月份的岩土力學雜誌六個模擬中的兩個使用的pfc 可以說現在的pfc已經不是科學家的玩具了

PLAXIS 完全不支持非飽和土, 3D部分功能也比較簡陋. 20周年版本,名字貌似很響亮,其實實際添加的殺手級功能不多.
GEO-STUDIO完全不支持3D, 很多非飽和土的演算法沒有更新,這幾年感覺完全沒有進取心,沒有大的功能突破. Prof.Fredlund 也早不在那裡幹了.

地理位置坡縣。

據說幾年前市場上有很多fem軟體，但是最近幾年被plaxis一統江湖。

入行兩年來談談自身體會。

這可能是有限元這個演算法本身的缺陷-再如何都是模擬，從實際情況到模型中間隔了太多個假設，其中有很大一部分假設會對結果造成質的影響。

厲害的高手，可以通過挑不同的合理假設（report裡面管這個叫做engineer"s judgement一般不外傳）來拿出自己想要的結果，當然，背後可以通過一系列「合理保守」的理論來論證自己的假設。

所以呢，越對plaxis了解到深入，約覺得plaxis tm真的只是一個工具，或者一個工程師來顯示自己的結論正確的工具。厲害的老手，做之前對結果有了一定的預判，有限元只是來驗證自己預判的工具而已.

----原答案--------
相比abaqus， plaxis是一個閹割版的有限元軟體。

很多寫死的功能，說是為了方便廣大岩土狗的操作，實則助長不懂就隨便假設隨便用的風氣。

總歸那句話，懂了再做，不然做了也是錯的。

如果大家有時間和精力把這篇文章下下來看的話，我相信一定講得比第一名要好！A review of techniques, advances and outstanding issues in numerical modelling for rock mechanics and rock engineering 注意這篇論文有71頁 773篇參考文獻被引用了478次

岩土工程類的軟體五花八門，但他們都有自己的思想、前提和假設。對於不同的問題，從不同的尺度上去分析，就應當選用不同的軟體。但也沒必要所有的軟體都精通，能非常精通一門就很厲害了。
我主要是使用ITASCA公司的FLAC3D，他是基於有限差分的原理，考慮介質為連續介質，做了幾個項目，感覺效果很不錯，尤其是對於大型岩土工程問題。如果考慮介質為離散元，那麼UDEC是比較好的選擇，至於火山噴發，岩爆之類的，PFC是首選。
真誠希望可以與大神們交流學習經驗。

就工程實用性來說，我覺得目前市場上最好用且學習、操作最為簡單的有限元計算軟體當屬捷克人開發的GEO5軟體套裝中的有限元模塊。本囧今年七月有機會申請了半年的使用許可權，發現此軟體和其它的岩土有限元相比更加貼合實際工程設計，而且計算結果與實際情況更為吻合，前面知友提到的軟體，包括Geo-Studio、Comsol、Plaxis本囧都有用過，在學術研究方面我覺得GEO5還尚有差距，但是就工程設計而用言，其它軟體還是無法和GEO5相比的。我們的主任工程師幾乎是個電腦盲，我教了他20分鐘GEO5有限元技術操作，他就基本熟練掌握了，可想這軟體的易用程度。這軟體的缺點就是有點小貴，一個模塊要一萬左右，像我們這樣的小設計院真的無力購買。廢話少說，現在貼出幾張軟體截圖。

圖1 基坑開挖設計

圖2 隧道開挖設計

圖3 大壩滲流分析

看完回復，上面都是大牛，我再來補充另外一類廣泛使用，但是被科研大牛們不屑的軟體——岩土工程應用軟體。這些軟體在每個國家都廣泛存在，同時被工程師廣泛使用，原因很簡單，支持規範！很多人在討論岩土軟體的時候，都只討論數值軟體，而忽略了這類軟體的存在。我們看到的99%的工程，都是這類軟體計算的。岩土工程應用軟體，目前流行的主要是一些本地軟體（國產軟體），例如理正岩土、同濟啟明星等。其他國家也不例外，無論歐洲還是美國，岩土應用軟體很多都是本地軟體。但是也有一些例外，例如最近比較火的，可以做海外和國內項目的GEO5。他們已經把中國規範加進去了，還做了漢化，所以差不多算是世界通用了。。。其實結構方面早就已經有軟體做這種事情，例如SAP2000。其實很多國外軟體都支持一些國際上的主要規範，例如歐標和美標，因為其規範都是英文，而且很多地方相同。但是支持國內規範的國外岩土軟體確實太少，因為我們的規範都是中文，即使有英文版的，也沒有漢化條文說明。另外，我最後想吐槽一句，我們的規範真的寫的很坑爹，沒有中國工程師的幫助老外估計也不知道怎麼添加吧。。。

土粒分析建模PFC2d，3d……為什麼沒人說這個。。。。

為什麼沒有人提到RocScience的軟體？全面又好用的軟體，不止應用在岩土工程還廣泛用在採礦工程領域！

市面上的岩土軟體很多，FLAC2D/FLAC3D，GEO-SLOPE，Plaxis，MIDAS等，那麼rocscience軟體相比較有哪些優勢呢？

Rocscience與大名鼎鼎的E.Hoek教授密切相關，在官網上可以下載其著作和相關論文。E.Hoek教授是國際著名的岩石力學理論奠基人，是岩石力學界的大牛人，Rocscience軟體研究理論支持來自E.Hoek親自帶領的團隊，其內置的岩體本構模型以及岩體破壞方式的分析都具有獨到的創新之處。其簡單、快捷、準確的岩體力學分析是其他軟體不可比擬的。

Rocscience系列軟體非常有特色的是涵蓋了整個岩石工程範圍，比較好的軟體有dips、slide和phase，dips在我國的地質行業已經用得很多了，經過幾次升級現在最新版本是7.0，phase做平面有限元分析是相當不錯的，現在也升級為三維有限元分析了，即Rocscience RS3。

關於岩土的軟體使用問題，個人經歷來看，商業軟體一般由強有力的大牛及所在研究組開發出來最初版本，並且經由這樣的高校間的交流網路，對軟體進行硬、軟推廣，就如同著名的plaxis系列，GeoStudio系列。

第二點，來說一說一般軟體的使用人群，有限元軟體更多使用在設計當中，有限差分法也很好，但是FLAC的界面和後處理實在不如有限元軟體如plaxis、ABAQUS便利，所以有限元軟體一般在實際工程設計中，作為最流行的軟體。但是在高校進行的可行性研究上，並無太大區別。

第三點，科研，科研一般要麼拼計算力學，如水土、水岩耦合作用，要麼就是離散元（甚至是離散元與其他如LBM或者FEM耦合）的計算。所以科研一般就沒有個定論了，得看需要解決的問題是什麼，哪些方法可以帶來期望的幫助。

第四點，我認為答案最受歡迎的頭兩位說得很好了，冒昧來講，應該不是處於岩土數值模擬的最前沿的情況了，具體的可以參見頂級期刊如geotechnique ASCE等目前探求基本機理所採用的數值手段。

問題很好，很出乎意料，居然岩土數值模擬還有這麼多人關心，我個人覺得岩土的數值模擬在實際工程中並不完全適用，因為見識過某TOP1的學校某組做出來和某TOP5學校某課題組做出來的模擬結果差數倍的結果。更多的，還是估計學者更加了解基礎的知識，然後再去合理的使用數值模擬軟體，並有目的地獲取一些有用的信息。

以上。

請問一下各位有沒有交流群啊？？

GTS有木有

感覺科研的很多數值模擬都是本末倒置。。算出來和實際工程差的很遠，根本無法做到指導工程。。都是拿著工程的監測結果倒推。。哎。。沒辦法岩土就是複雜的玩意。

幹了多年有限元，也用了很多軟體，來吐槽一下。

個人覺得還是flac最牛，但是這貨算固結太慢了。而且求解器裡面有鬼，建一根樁，往x方向載入和往y方向載入，算出來呢結果差1%。

abaqus特別笑話，費康那本書里的算例跑出來跟書上的結果差老多。用flac算了一下也差老多。接觸面容易不收斂，而且這個接觸面很值得吐槽，你們可以做個套環模型調調接觸剛度試一試。

plaxis的那個embeded三維樁單元，算出來的荷載傳遞，簡直是笑話。

adina，一開始就用這貨，算得真快，變形真大，大到難以接受。已經不用了。

現在還有很多小眾的在湧現個人用過generalblock 還不錯數據處理量大速度還快～另外崇拜一下石根華老師！！

岩土數值分析軟體好不好的本質還是本構模型，zsoil、plaxis有HS、HSS更適合岩土的開挖問題。

我只對midas GTS熟悉，做工程夠用了。

為什麼沒有人說FLAC 2D和FLAC 3D