GTS NX中水位条件的使用（内含围堰模拟）

大家好，我是马璐寒，江湖人称二小姐~

最近因为关于渗流分析的问题莫名其妙的扎堆，响应一下粉丝的需求，尝试着更了两期渗流相关的内容：

第一篇：止水帷幕在GTS NX中的实现

第二篇：渗流分析相关的参数使用

今天来更第三篇，渗流边界条件中的水位条件。这篇和上一篇渗流分析相关的参数使用配合食用效果更加。

GTS NX的与水相关的边界条件主要有三种：

1）静水位条件：；

2）渗流条件：包括渗流面、节点水头、节点流量/曲面流量/

3）固结条件：排水条件、非固结条件。

我们今天写第一种，水位。上一篇将渗流参数的时候已经说过，GTSNX中的水位，实际上是用于应力计算的。

当模型中既不计算渗流，不考虑渗流场，只是简单考虑水位的时候，使用该命令。比如，如下图所示的桩板结构施工，不需要考虑渗流问题，给个静水位（图中蓝色线）即可。

【水位示例】

此时使用“水位”命令考虑。

【水位命令】

建模时如果是水位线或水位面是曲线或曲面，也即水位高程不一致，可以保留水位线或水位面，建模时使用“水位”命令，直接通过线/面生成水位。

【水位线实例】

【实际建模时，曲线型的水位线可直接保留原水位线】

注意，此时的水位高程是以GTS NX的Z坐标的绝对坐标来确定的。比如，实际水位高程是85.26，但是在GTS NX中建模时，假如地表（高程92.26）放在了Z=0，则软件中的水位高程是-7m。

【通过水位命令建立水位函数】

上图中的“间距”代表水位函数生成时取样本点的距离。

【生成水位函数】

注意，该操作只是建立了水位函数，模型计算中是否考虑静水位，还取决于计算时是够调用该函数。

当模型中设置了静水位时，此时参数“渗透性”菜单中，至少需要设置饱和重度。同时在分析工况中调用水位函数：

【调用水位函数】

如果水位在地面以下，此时计算时，水位以上土的重度按照“一般”菜单中的“容重γ”考虑，水位以下按照“容重（饱和）”来考虑。

【计算结果验证：水位-5m】

如果水位在地面以上，此时计算时，土体全部按照饱和重度计算，地面以上按照静水压力计算（手算的话：地面压力：9.80665*5=49.03kPa，基底位置的压力为：9.80665*5+21*60=1309.03kPa）。

【计算结果验证：水位5m】

此时，地面的静水压力需要（必须勾选）用户在分析时设置“□自动考虑水压力”。

如果不设置程序自动考虑水压力，程序只将地面下的岩土按照饱和考虑，而不考虑作用在地面上的静水压力（手算的话：基底位置的压力为：21*60=1260kPa）：

【不设置“自动考虑水压力”】

当然，也可以人工考虑水压力，两种方式：

第一种，计算出水压力，按均布荷载加在地面，不再赘述。

第二种，给定水位，使用“水压力”命令，程序计算出水压力，以荷载的形式在分析中激活。

【半自动：按水压力考虑】

【按设定的水位，程序计算水压力】

可见，如果水压力是常数，方向比较明确，手动添加即可。如果水压力不是常数，或者水压力的作用面、方向是变化的，交给程序来自动化处理比较方便。（由于水压力的作用方向问题，有些情况手动加荷载并不方便，还是推荐程序自动加）

总结一下：

1）不涉及渗流的情况，可以直接用“水位”命令考虑静水位，设置了静水位的模型，需要在“渗透性”参数菜单中设置“饱和重度”。

2）水位在地面以下的，水位下的土体按照饱和重度计算，水位上的土体按照天然重度计算。水位在地面以上的，土体全部按照饱和重度计算，地面以上的水，按照静水压力考虑。

3）执行分析时，静水压力可以在分析控制中勾选“自动考虑水压力”，程序将自动计算静水压力。也可以根据自己的使用习惯，手动添加水荷载，或者使用“水压力”命令由程序根据已设定的水位考虑水压力。

4）水压力为常量时，手动添加水压力荷载也可。当水压力不是常量，或者压力作用面、作用方向是变化的，推荐勾选“自动考虑水压力”，或者使用“水压力”命令由程序自动计算静水荷载。

来看应用实例。响应一下群友的需求，以围堰为例，来看静水位的使用。

模型是这样婶儿的：

步骤如下：

1）就像跟水没关系似的，正常建立模型，但是水位面在结构上的作用线要留出来，方便后面加荷载。

2）在一个常规基坑分析的模型基础上，增加“水压力”荷载条件。水压力按3个区域加，基坑外的区域B，基坑内的区域A，侧壁上的区域C。

【根据水位定义水压力荷载】

3）定义工况时候，在初始阶段定义整体水位，并激活“水压力”条件（给程序指令要求程序根据水位计算水压力）。围堰施工阶段，激活侧壁上的水压力。

【初始阶段定义整体水位】

【围堰施工阶段】

4）求解，得出结果。

最后。

围堰的建模计算，个人认为是最典型的静水位使用的例子了，因为土体都在水下，一般也不存在渗流问题，所以就按饱和状态的应力计算来做即可。

另外，水压力跟压力荷载，都能实现添加静水压力的效果，但是对于一些斜面，水压力命令能更方便的考虑荷载的方向问题。这两者与“□自动考虑水压力”选项相比，能更加便利的控制荷载的作用位置。

同样的，举一反三，遇到河道、沟渠、水坝考虑静水位的计算时，也差不多是这个路子啦~~

比如像这样的排水渠改造，对于没有渗流发生时的沟渠内的水的考虑也是一样的方法。

以上就是今天的内容了~

下期继续更渗流边界~赶紧关注~