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渗流分析的输入参数(Seepage Analysis)

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1 引言

尽管地下水在采矿工程中普遍存在,但除非一些非常特殊的项目,大多数采矿问题的稳定性不需要进行单独的渗流分析(Seepage Analysis),我们仅使用简单的有效应力检查和评价土的有效应力(Evaluate the effective stress of soil)】或孔隙压力【3DEC孔隙压力计算(Pore Pressure)】概念来考虑地下水的作用。


但对尾矿坝来说,由于坝体的材料主要为尾粉土,所以必须考虑坝体的渗透作用,因而需要进行渗流分析,在实践中已经通过在线水压力计【建立基于孔隙水压力观测数据的稳定性分析模型】和人工对坝体的浸润线和水位进行了监测。我们将耦合渗流分析(SEEP/W)稳定性分析(Slope/W, Quake/W, Sigma/W)进行矿坝的静态和动态稳定性及变形评价边坡安全系数计算方法比较孔隙压力和超孔隙水压力计算(Excess PWP)Quake/W Newmark位移分析(Geostudio 2023)】。

本文简要概述了渗流分析的基本输入参数:材料参数和边界条件,包括主要的分析属性以及结果解释。


2 材料参数

渗流分析主要有两种类型:稳态流(Steady-State)和瞬态流(Transient)。首先考虑稳态流(Steady-State),材料模型可以仅考虑饱和部分,也可以同时考虑饱和非饱和。

需要输入两个水力学参数:体积含水量函数和静水力传导函数,输入方法的格式与【孔隙压力和超孔隙水压力计算(Excess PWP)】相同,事实上Geostudio在它的所有模块中内置了这种自定义函数。这两个参数是渗流分析的核心,它们决定了渗流的流动路径和流量大小。

体积含水量函数定义如下图所示: 

静水力传导函数定义如下图所示:

3 边界条件

边界提交决定了渗流的位置和方向,有多种方法定义边界条件,对于本例,使用Water Total Head即水位定义坝体上游的边界(11m),使用Water Rate定义坝体下游的边界(0 m³/sec),如下图所示。如果考虑坝体下游底部的排干,可以考虑使用零压力边界Water Pressure Head(0m)。

4 计算结果

(1) 孔隙水压力
(2) 流网和水头 


5 结束语

SEEP/W渗流分析的计算结果能够输入到Slope/W, Quake/W和Sigma/W中进行稳定性分析。体积含水量函数和静水力传导函数的精确选择可以参考Plaxis LE的水-土特征曲线SWCC(soil-water characteristic curve)和饱和体积含水量VWC(Saturated Volumetric Water Content),包含着一个非常大的数据库。

Slide2,RS2, FLAC2D, GTS NX, Plaxis等都可以进行2D独立的渗流分析和耦合分析,不过,在目前的项目中我们主要使用SEEP/W和Slide2。

来源:计算岩土力学
3DEC材料
著作权归作者所有,欢迎分享,未经许可,不得转载
首次发布时间:2023-08-01
最近编辑:1年前
计算岩土力学
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