解决方案

GeoStudio SLOPE3D 水位下降分析

2024-02-22 14:39:41 68

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简介

此示例复制了 SEEP/W 和 SIGMA/W 中说明的“快速降水”示例。此示例的目的是演示使用 SEEP3D 分析的孔隙水压力结果进行稳定性分析所需的步骤。有关快速降水背景的更多信息,请参阅 SEEP/W 或 SIGMA/W 示例。使用三维 (3D) 孔隙水压力获得的稳定性结果与原始二维 (2D) 分析的结果进行比较。


数值模拟

2D SEEP/W 分析的问题配置如图 1 所示。路堤高度为 10 m,边坡为 2:1,位于 10 m 的地基土上。水库深度为 9 m。下游趾部有一个颗粒状的地下排水管,可使水位与下游地面高程保持相同,距离路堤趾部 5 m。地下排水管用零压力头边界条件表示。


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图 1. 包括材料和边界条件的 2D 问题配置


为了说明此示例,路堤和地基土被定义为具有相同的材料特性。饱和导水率为 0.1 m/天,压缩率为 0.0002 /kPa。在 SLOPE/W中,使用莫尔-库伦材料模型,单位重量为 20 kN/m3,内聚力为 5 kPa,Phi 为 30⁰。

稳态渗流分析定义了初始条件,其中水库水位设置为总水头 19 m。子瞬态渗流分析模拟了水库水位在 5天内的下降过程。用于模拟降水的时间相关总水头边界条件如图 2 所示。为了监测水库降水后路堤的孔隙水压力响应,瞬态分析持续时间设置为 30 天。

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图 2. 降水期间水库高程随时间变化


通过添加一个 SLOPE/W 分析作为瞬态 SEEP/W 分析的子级来创建 2D 稳定性分析。稳定性分析的孔隙水压力条件取自父级 SEEP/W 分析中的所有时间步长。入口-出口滑动面定义在从右到左的方向,以确定随着水库排空和路堤中的孔隙水压力发生变化,上游边坡的安全系数。

定义 2D 分析后,将一个 3D 几何体添加到项目文件中,该几何体与两个 SEEP3D 分析相关联。这些SEEP3D 分析具有与 2D 渗流分析相同的配置,即一个是稳态父级分析,另一个是持续 30 天的瞬态子级分析。通过将 2D 稳态渗流分析导入 BUILD3D 来创建 3D 几何体。这会自动创建二维横截面的 1 米拉伸。为了将拉伸扩展到 10 米,已编辑设计历史记录列表中的拉伸项(图 3),并将拉伸条块设置为 10米。


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图3.修改BUILD3D中的默认拉伸距离


在 BUILD3D 中,使用剖面工具生成 2D 横截面,该横截面会产生沿该剖面的 3D 结果,以便在 2D 分析中使用。在剖面命令中,通过将方向 X、Y、Z 值设置为 {0,0,1} 来定义一个垂直 XY 平面,偏移量为 5 米,以便剖面穿过 3D 几何体的中间。原点 X、Y、Z 坐标设置为 {0m, 0m, 0m},以确保 2D 横截面将与 SLOPE/W 分析中的 X、Y 原点 {0m ,0m} 对齐(图 4)。

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图 4. 在 BUILD3D 中创建剖面以生成 2D 几何体


一旦创建,该剖面将列在 BUILD3D 的几何剖面树中。选择新剖面并使用生成命令会在 3D 父几何体下生成一个 2D 子几何体。现在可以将 SLOPE/W 分析添加到 2D 几何剖面,以模拟 3D 孔隙水压力响应对稳定性的影响。此 SLOPE/W 分析与项目文件中的其他 SLOPE/W 分析具有相同的属性,但孔隙水压力由 3D 瞬态渗流分析定义,方法是在下拉菜单中使用“其他 GeoStudio 分析”选项(图 5)。


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图5. 为 2D 稳定性分析选择 SEEP3D 分析孔隙水压力结果


结果和讨论

图 6 和图 7 分别显示了在 2D 和 3D 瞬态渗流分析中,在降水开始后 2 天,超孔隙水压力的消散情况。在此时间步长,两个分析中的水流都流向水库的上游路堤边坡和下游方向的排水管。每个瞬态分析中沿路堤中心的孔隙水压力响应如图 8 所示。正如预期的那样,在 2D 和 3D 分析中都看到了类似的孔隙水压力响应。

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图 6. 2D 渗流分析中降水开始后 2 天的孔隙水压力条件


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图 7. 3D 渗流分析中降水开始 2 天后的孔隙水压力条件


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图 8. 2D(左)和 3D(右)分析中,路堤中心孔隙水压力响应随时间的比较


在建模持续时间内,安全系数的临界值从未低于 1.0(图 9)。总体而言,SLOPE/W 分析产生了类似的结果;然而,在第 4 天和第 5 天左右计算出的安全系数存在细微差异。这是因为在从 SEEP3D 分析中导入孔隙水压力结果时,SLOPE/W 中应用了较粗糙的网格。


摘要和结论

此示例说明了将孔隙水压力结果从 SEEP3D 导入到二维 SLOPE/W 分析中的过程。模拟孔隙水压力和随时间推移的安全系数的比较表明,二维和三维渗流分析产生了类似的结果。



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