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中仿GeoStudio河岸渗流与抗滑稳定性数值分析

发布时间:
  2020-03-02
来  源:
  www.cntech.com
相关产品:
  GeoStudio

 

  近两年河岸渗流与抗滑稳定性数值分析问题引起越来越多专业工程师的重视和探讨,针对如何建立模型,如何查看渗流场,从而进行深层次的仿真分析,中仿GeoStudio软件高级工程师通过下面的案例为大家进行一个全面的仿真分析和计算。

 

1 前期建模

   河岸渗流与抗滑稳定性数值分析的问题示意图如图1所示,具体的分析目的有两方面:一方面计算河岸在渗流期间的出逸点高程和最大渗透坡降,另一方面计算河岸的抗滑稳定性,同时在计算过程中涉及河岸的两种工况,如表1、2所示。

 

表1  渗透稳定计算工况表

工况

水位组合

分析位置

临水侧

背水侧

工况一

设计洪水位降落至常水位,降速(设计洪水位-城市防洪警戒水位)/3d

洪水位11.78m

迎水坡

工况二

施工水位6.50m

常水位8.00m

迎水坡

 

 表2  抗滑稳定分析工况表

工况

工作状态

水位

计算边坡

参数指标

工况一

水位骤降期

设计洪水位降落至常水位(背水坡,水位与地面相平),降速(设计洪水位-常水位)/3d,

堤顶车辆荷载20kPa

迎水坡

固结

快剪

工况二

施工期

坡前低水位∇6.5m,背坡水位低于地面1.0

米,堤顶荷载考虑20kPa

迎水坡

快剪

 

 

 

 

图 1边坡稳定问题示意图(中仿技术工程师通过GeoStudio软件处理获得)

1.1 分析设定及建立坐标轴

打开中仿GeoStudio软件,新建 SEEP/W分析后弹出如下对话框(模板选择为Metric):

在如上对话框中,输入模型名称:渗流分析,定义分析类型:稳态,设定好之后,关闭对话框。

 

 

图 2  分析设定界面(中仿技术工程师通过GeoStudio软件处理获得)

坐标轴的绘制有益于建模时图形的绘制、结果的查看和输出。

1.选择“草图”下拉菜单中的“坐标轴”选项,或点击菜单栏按钮,弹出如下对话框;

2.在指定区域的下边将绘制出X轴,指定区域的左边将绘制出Y轴;

3.为X、Y坐标轴输入合适的名称及尺寸,如图3示;

4.点击“缩放对象”按钮,将坐标轴显示在屏幕中央。

 

 

图 3  坐标轴设置(中仿技术工程师通过GeoStudio软件处理获得)

1.2 导入CAD文件

中仿GeoStudio软件支持CAD导入的建模方式,同时也是日常建模使用最多的一种方式。

1.选择“文件”菜单栏下的“输入区域”选项;

2.在弹出的对话框选择我们已经处理好的CAD文件,选中打开

1.3 设置土层材料属性并赋予

中仿GeoStudio软件高级工程师通过定义岸坡各土层材料参数,同时考虑材料的各向异性,土层的渗流计算物理指标如表2所示。

表2  渗流计算物理指标

岩土
编号

岩土名称

重力密度γ(kN/m3)

含水率w

(%)

天然孔隙比e

水平渗透系数kh

(*10-6cm/s)

竖向渗透系数kv

(*10-6cm/s)

1-2

堤身填土(中~重粉质壤土)

19.4

25.7

0.759

0.23

0.12

3

中~重粉质壤土

18.7

33.3

0.938

12.02

5.20

3-1

淤泥质中~重粉质壤土

17.8

40.9

1.153

1.16

1.80

4

重粉质壤土

20.0

25.1

0.711

0.12

0.26

5-1

粉土质砂

20.2

19.7

0.598

145.01

145.01

 

1.在“输入”下拉菜单中选择“材料”选项,点击进入;

2.依次输入各土层的材料参数;

3.材料参数输入后将材料属性赋予给对应的土层,如图5所示。

 

 

图5  材料属性赋予后界面(中仿技术工程师通过GeoStudio软件处理获得)

 

1.4 有限元区域网格划分

中仿GeoStudio软件高级工程师通过将鼠标移动到要剖分单元的有限元区域,单击左键选中,在出现的对话框中设定网格和单元的参数,设置好的界面如图6所示。

 

图6  网格划分后的界面(中仿技术工程师通过GeoStudio软件处理获得)

1.5 设置节点边界条件

  • 岸坡常水位为8m;
  • 岸坡洪水水位为11.78m;
  • 岸坡施工水位为6.5m;
  • 岸坡水位骤降边界条件为(11.78-8)/3  m/day。

1.选择“绘图”下拉菜单中的“边界条件”选项,或者点击

2.点击“输入”按钮,设置边界条件参数,点击“添加”按钮来添加这四个边界条件。对应的水位以总水头的边界条件来表达,岸坡水位骤降以总水头函数的形式来表达,具体情形是3天内水位下降3.78m

 

考虑工况一:

工况一是进行水位骤降分析,在洪水水位的基础上进行水位骤降,故在稳态分析的基础建立瞬态分析,之后耦合到中仿GeoStudio软件的SLOPE模块中进行岸坡抗滑稳定性分析,地基土物理力学指标参数如表3所示。

 

表3  地基土物理力学指标建议值表

 

指标

层号

承载力特征值

快剪粘聚力标准值

快剪内摩擦角标准值

固快剪粘聚力标准值

固快剪内摩擦角标准值

慢剪粘聚力标准值

慢剪内摩擦角

标准值

(kPa)

Cq(kPa)

Фq(°)

Cc(kPa)

Фc(°)

Cs(kPa)

Фs(°)

1-2

90

24.2

12.7

/

/

/

/

3

90

14.2

15.3

14.8

15.2

7.7

22.1

3-1

60

11.4

12.5

10.1

16.8

5.1

20.9

4

240

36.2

14.8

24.6

17.1

18.1

21.6

5-1

190

13.7

36.7

/

/

/

/

 

 

考虑工况二:

工况二是施工水位下进行渗流分析,迎水侧为施工水位,背水侧为常水位,在渗流分析结束后将SEEP模块的数据导入到中仿GeoStudio软件的SLOPE模块中,进行施工工况的岸坡抗滑稳定性计算。

 

1.6保存并求解计算

中仿GeoStudio软件高级工程师在计算求解之前先保存模型,然后计算。

 

2 结果查看

2.1 工况一渗流结果

 

一、渗流场分布

可以通过查看黑色箭头即水流的速度矢量来查看岸坡的地下水的渗流。

 

中仿技术工程师通过GeoStudio软件处理获得

 

二、生成云图

可以在结果界面中“绘制”菜单栏下的“等值线图”选项来生成云图:

中仿技术工程师通过GeoStudio软件处理获得

 

2.2 工况一抗滑稳定性结果

一、抗滑稳定性计算结果

通过查看得到岸坡从洪水水位快速降到常水位后的安全系数为0.887。

 

中仿技术工程师通过GeoStudio软件处理获得

 

二、抗滑稳定性的安全云图

岸坡稳定性的计算过程涉及到多个试算滑面,中仿GeoStudio软件高级工程师通过多个试算滑面的结果可以确定不同位置滑面的稳定性并通过云图的方式显示出来。

 

中仿技术工程师通过GeoStudio软件处理获得

 

2.3 工况二渗流结果

一、渗流场分布

可以通过查看黑色箭头即水流的速度矢量来查看岸坡的地下水的渗流。

 

中仿技术工程师通过GeoStudio软件处理获得

 

二、查看浸润线的位置

中仿GeoStudio软件高级工程师通过在结果界面中“绘制”菜单栏下的“等值线”选项来生成浸润线:

 

中仿技术工程师通过GeoStudio软件处理获得

 

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