9 渗流与稳定模型

渗流是指水在土壤或岩层中的流动,也成地下水运动。对地下水的探测、开采以及降低地下水位等,都需要用到渗流方面的知识。

9.1 渗流分析

由于浸润线一下的坝体浸没在水中,以此正确确定浸润线的位置,对土坝设计是极为重要的。如图9.1是左侧是计算渗流问题需要准备的数据和计算完毕后结果的分析、处理。

9.1 渗流分析整体界面

9.1.1 问题设定与网格生成

(1)设定计算的渗流问题的维数包括二维和三维两种。

(2)设定计算网格的方式包括Ansys软件生成的网格和hydroInfo软件生成的网格。如果采用Ansys软件网格需要导入网格文件,如果采用hydroInfo网格,生成的方式同上。

9.1.2 边界与初始条件

边界条件包括:

恒定水头:需要设定起始结点号、终止结点号和相应的水头值。

变水头(水位):需要通过文件导入的方式设定水头值的变化过程。

溢出边界:需要设定起始结点号、终止结点号。

排渗井四:需要设定排渗井节点号。

9.2 边界条件设置

 

9.1.3 初始条件设置

初始条件包括预估浸润线、按域内全饱和开始计算、按域内无水开始计算、按指定水位开始计算四种。如图9.3所示。

9.3 初始条件设置

 

初始条件和边界条件设置完毕后,点击“初边值设定”将边界和初值插值到网格结点上。

9.1.4 显示材料组

如图9.4 是三维计算某一剖面的材料情况。

9.4 显示材料组

9.1.5 计算控制参数设置

通用计算参数的设置。同上。

9.5 计算常用参数设置

 

如图9.6是渗透系数的设置,需要设定每种材料的渗透系数。

9.6 渗透系数设置

 

如图9.7 通过平推的方式将计算扩展为三维。

9.7 三维计算扩展

 

到此,渗流分析的前处理的数据就准备完毕,点击“渗流分析”——>“分析”——>“计算”进入计算的进程。

9.1.6 显示浸润线

计算出的浸润线是一组平滑的曲线。关系到坝体的稳定,为划弧稳定计算提供数据。

9.8 浸润线

 

9.9 等水头线

 

如图9.10 渗流场分析,按时刻查看水头的分布或者饱和度的分布。

9.10 渗流场分析

 

9.2 弧稳定分析

建筑在透水地基上的建筑物(如坝、闸、路基等),上下游水位差作用下,水将从上游通过坝身、坝基向下游渗透。由于渗流动水压力的作用,在建筑物基底产生垂直向上的扬压力和水平方向的推理,从而影响建筑物的稳定。

如图9.11弧稳定计算的整体界面,需要准备的原始数据主要是浸润线数据和条分数据。

9.11 弧稳定分析整体界面

9.2.1 条分计算区域

跟生成网格类似。

9.12 条分后的结果

 

9.2.2 参数控制

如图9.13 弧计算的主要参数包括滑弧圆心可能存在的x最小值,x最大值,y最小值,y最大值,在此范围内对x方向分的份数,y方向份数,沿半径方向份数,搜索过程中允许的最小弧长,滑弧部分的条分最长土条应大于的长度;并且需要导入计算的浸润线数据。

9.13 常用计算参数设置

 

9.14 土应力系数

 

如图9.15是计算的划弧结果,其中包括滑弧圆心x坐标值、滑弧圆心y坐标值、滑弧半径、安全系数。

9.15 计算后的划弧

 

9.3 静力有限元分析

生成网格,将网格导入到系统中,就能计算出水平方向应力分布、铅直方向应力分布、剪应力分布、最大主应力分布、最小主应力分布、剪应力水平等结果。

9.16坝体静力有限元分析界面

 

 

 

9-17  坝体最大主应力分布,最小主应力分布,坝体剪应力水平(单位KPa

9.4 动力反映分析

生成网格,设定初始应力、动力参数、地震波等原始数据就能计算出平均有效应力分布、x方向动应力分布、y方向动应力分布、x-y方向动应力分布、最大动剪应力等值线、动应力比等值线、水平方向加速放大因子等值线等结果。

9-18  动力反映控制界面

 

 

9-19  坝体动应力比与水平方向加速放大因子

 

9-20 四期坝底附近加速度反应时程