ZSoil 是基于 Windows 的有限元软件，为土壤和岩石力学、地上和地下结构、挖掘、土壤-结构相互作用和地下流动的数值模拟提供统一的方法，包括动力学、热和水分迁移分析。ZSoil 适用于 Windows 10 和 11。
ZSOIL 是第一个集成计算机代码，它为岩土和基础工程中遇到的大多数自然过程提供了统一的方法，包括稳定性、固结、蠕变和地下流动、开挖和土壤-结构相互作用。ZSOIL 在全球范围内处理的典型工程问题包括：基础和土方工程施工，包括隧道、地下储存设施、地铁站、采矿、高速公路、铁路、水坝、临时和最终挡土结构、海滨和挖掘具有复杂挖掘序列、水工结构和建筑物的系统。
ZSOIL是一款基于有限元方法、在MS-Windows环境下编写的不断升级的岩土、地基和地下渗流工程软件。该程序在法证分析和设计研究中得到了巨大成功，毫无例外地涵盖了现实世界案例研究中遇到的所有可能场景。
ZSOIL 自 1982 年起由 Zace Services Ltd 开发。最新版本由 A.Truty、K.Podles 和 Th.Zimmermann 领导的团队开发，他们拥有瑞士联邦理工学院 (EPFL)、加州大学伯克利分校和加州大学伯克利分校的研究经验。加州理工学院。
ZSoil 2023版新增功能
van Genuchten 土壤保水曲线 (SWRC) 的完整形式
当前的升级提供了 van Genuchten 定律的完整形式，包括 3 个参数。其表达形式如下：
m参数取决于n 个数字 (m = 1 – 1/n) ，并且n不再需要像 ZSoil 的早期版本（版本 < 23.50）中那样固定为值 2。
为了帮助用户定义三个参数S r、alpha 和n ，在Flow组下的材料界面中提出了专用计算器。基于基本岩土数据，即粗粒土的e o、d 60、d 10 和细粒土的e o、 LL （液限），可以获得完整 van Genuchten 模型与改进 Kovacs 模型的最佳拟合。Flow的新用户界面属性如图 1 所示，而 van Genuchten 参数估计器如图 2 所示。它使得找到 van Genuchten 的参数并可视化与改进的 Kovacs 模型的一致性成为可能。
此外，还显示 Bishop 有效应力原理中出现的有效吸力应力，以预测最终的最大表观内聚力数。有效吸应力可能出现在部分饱和的介质中。参数alpha是唯一影响表观内聚力最大值的参数。为了保持与之前的 ZSoil 版本的兼容性，用户可以设置n =2 并修改S r、alpha值。
修正毕肖普有效应力原理
当前的升级引入了主教有效应力原理的修改公式。新的配方可以控制所产生的表观内聚力，它采用以下形式：
其中修正后的有效饱和度表示如下：
此外，还引入了 Biot 系数（仅弹性系数），使岩石地质材料的数值分析更加真实。
为了保持与以前的 ZSoil 版本（<23.50）的兼容性，用户始终可以使用 Bishop 原理的先前形式。可以在新菜单项“控制/两相配方”下做出决定（见图 3）。默认情况下，所有旧项目都将使用 Bishop 原则中的标准饱和度，而在每个新项目中，将修改后的有效饱和度设置为默认值。重要的是，修改后的有效饱和度保留了随着吸力增加而产生的表观内聚力的单调和渐近行为。
图1用于设置渗流相关属性的新用户界面
图 2 基于 van Gencuhten 曲线与改进 Kovacs 模型最佳拟合的 SWRC 参数计算器
图3 在控制/两相公式菜单下定义Bishop原理形式
饱和状态分析
此外，使用虚拟实验室中包含的初始状态配置文件工具，用户可以检查控制新配方的初始状态变量的配置文件。它可以根据以下方面测试描述材料行为的每个参数的敏感性（见图 4）：
• 总应力（重力分析）
• 饱和度（van Genuchten 的土壤保水曲线模型），例如图 5
• 有效应力（毕夏普原理），
• 超固结（预固结状态取决于力学本构模型）
• 渗透率（部分饱和介质渗透率的 Irmay 或 Mualem 模型），例如图 5
图4 Virtual Lab中初始状态分析工具中的参数定义
图5 虚拟实验室中初始状态分析工具中部分饱和效应的可视化
K o在硬化土壤模型中针对大 OCR 值进行截止
在硬化土模型中，可以使用公认的公式根据给定的 OCR 或 POP（预覆盖压力）剖面自动计算初始 K o系数
有时，对于浅深度，根据 POP 定义计算的 OCR 值可能会导致非常高的 K o值。从23.50版本开始，用户可以设置计算初始地应力的K o系数上限（见图6）。请注意，默认上限由被动土压力系数 K o定义。
图6 设置硬化土模型的初始Ko，包括用户定义的K 0上限
用于建模桩和发夹的新非局部有限元公式
专为桩和发夹建模而设计的新非局部有限元公式增强了 ZSoil 在深基础设计领域的性能。
与之前的局部公式相反，新公式显着减少了网格依赖性，并为精细网格提供了良好的收敛特性。新配方是针对两种标准横截面（即圆形和四边形）而设计的。后者使得对发夹进行建模成为可能。
桩/发夹元件可以与壳元件连接，消除连接区域中的桩/发夹中的弯矩和剪力的强网格依赖性的另一种寄生效应。
下图展示了通过轴向加载桩的参考真实 3D 几何模型和基于采用局部和非局部公式的嵌入式梁方法获得的两个模型获得的力-位移图的比较。针对 800mm 圆形桩的不同网格尺寸获得的结果显示了新公式如何消除强烈的网格依赖性。
图7 局部和非局部技术的力-位移曲线预测
对于水平加载的圆形桩，事实证明真实 3D 模型与简化的非局部模型之间具有非常好的匹配性。
图8 使用局部和非局部技术预测水平荷载桩的弯矩和挠度
下图显示了轴向加载发夹（横截面 1.6mx 0.8m）的沉降分布。可以注意到，非局部嵌入技术能够以非常逼真的方式再现发夹真实几何形状的变形模式。
图 9 发夹周围沉降的分布说明了其真实的几何形状
事实证明，新公式可以对水平加载的发夹的弯矩和偏转曲线进行合理的预测。
图 10 采用局部和非局部技术的水平加载发夹的弯矩和挠度
减少计算时间
计算模块的显着改进使得模拟的总体计算时间可以减少 10% 到 30%，具体取决于分析的问题和并行运行的模型数量。
预处理
ZSoil 2023 带来了一些旨在改进模型创建的新功能，例如：
- 给线条对象着色
- 改进的元素选择对话框
- 模型数据和几何一致性的定制验证
ZS斜率
新的 ZSoil 2023 为 ZSoil 2D 带来了简化的模板，特别参考了用于稳定性分析的斜坡快速建模。
该应用程序提供：
- 基于增量 tan(phi)-c 约简算法的稳定性检查
- 基于自动有限元网格生成（包括无锁定有限元）的不同形状斜坡的快速预处理
- 从 DXF 文件导入几何图形
- 使用预定义的几何形状创建简单的斜坡
- 定义表面荷载、伪静态人体荷载、雨通量
- 强制执行用户定义的滑动面
- 通过时间相关函数（负荷、通量和地下水位变化）控制动作
- 通过先进的土壤弹塑性本构模型（HSS）对土壤行为进行建模
- 时间相关（固结）或稳态分析，包括土壤中的部分饱和效应
- 无限斜率分析
- 自动生成 PDF 报告计算结果
虚拟实验室
ZSoil 2023 中的虚拟实验室进行了多项改进。
材料数据库管理器
使用以前版本 Virtual Lab 的用户可以连接到以前创建的数据库。用户还可以在用户定义的位置创建材料数据库。
从现在开始，只能从数据库管理器级别生成完整的用户配置或带有模型参数列表的简单 PDF 报告。后者允许用户打印材料模型的参数列表，这些模型从 ZSoil 的材料定义列表导出到数据库管理器。
参数识别
参数识别模块的改进集中于消除奇点，在之前的版本中，奇点用于在实验室数据不良或未经处理的情况下停止参数识别过程。此次集成了用于三轴测试测量的对接相位自动检测和用于修剪未处理数据的新专用工具箱。
对接数据修剪工具
实验室测试模拟器
实验室测试模拟器中针对硬化土壤模型的里程计测试进行了一些修改。
自动/交互式参数选择
相关性数据库的一个小更新重点是升级粒状土壤中摩擦角的一些相关性。相关数据库日志中列出了修订版本。
