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?分析模型概要图
水位骤降时坝体稳定性分析
1 学习目的及概要
1.1 学习目的
通过三维施工阶段渗流分析，满水位骤降时的坝坡稳定性分析。渗流分析大体上可以分为稳态流分析(Steady state)和瞬态流分析 (Transient)。
把岩土假设为饱和状态的稳态流分析，虽然计算的受力状态相对较大，在安全方面来讲比较有利，但考虑经济性的设计方面是不利的。在本例题中，按照边界条件同时基于时间变化的瞬态流分析。实际岩土大部分是非饱和状态，这时根据含水率和孔隙率，渗流达到稳定渗流流状态的时间上有很大差异，因此需要这样的瞬态渗流分析。特别是在水库水位骤降时，因为坝坝体内仍存在的较高孔隙水压，这会对坝坡的稳定性有影响。
在本例题中按照同时执行稳态流分析和瞬态流分析。
通过本例题可以学习如下主要功能及分析方法。
? 岩土渗流特性/非饱和特性
? 渗流边界条件及选项设置-节点水头/渗流面 ? 水位变化函数及时间步长设置
?
基于时间历程（水位变化）的坝坡稳定性分析
Chapter 7. 水位骤降时坝体稳定性分析 | 1
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1.2 模型及分析概要
在本例题中，在基岩上端建模高 30m、宽 150m、长 100m 的三维堤坝。 同时分析满水位状态时和水位骤降时的坝坡的稳定性。在坝坝体内设置了为确保基于渗流的稳定性的粘土质心墙和渗流特性相对性大的反滤层。 以整体坐标系原点为准，在满水位状态上对高度 20m，模拟减少10m的下降到5m位置的条件。施工阶段大体上设置为三个阶段。第一个阶段，假设长时间维持满水位岩土为饱和状态后执行稳态流分析。第二个阶段，由为分析在水位骤降期间基于时间的坝坝体内孔隙水压变化的瞬态流分析构成。最后阶段，把减少5m的水位维持一定时间并确认基于时间间距的坝体内孔隙水压变化。
地层构成和模型区域如下。
?剖面图
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2 设置分析条件
[启动附带的开始文件(07_Dam_start)。]
*
: 分析 > 分析工况 >设置 (Analysis > Analysis Case > Setting)
首先，设置模型类型、重力方向及初始参数，确认分析中使用的单位制。单位制可在建模过程及确定分析结果时修改，输入的参数将被自动换算成设置的单位制。
本例题是以 Z轴为重力方向的三维模型，单位制使用SI单位(kN,m)和定义渗流特性的时间单位 hr 。
Chapter 7. 水位骤降时坝体稳定性分析 | 3
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3 定义材料及特性
定义岩土材料后创建网格时，定义各单元分配的属性。
3.1 定义岩土材料 (定义非饱和特性)
在本例题上适用常用的 Mohr-Coulomb 模型。按各地层使用的材料如下表，各非饱和特性参数参考试验值。（下表中只有多孔材料适用于渗流分析）
?表. 岩土材料
名称 材料 模型类型 弹性模量(E) 泊松比(v) 容重(r) Ko 容重(饱和) Initial Void Ratio(eo) 非饱和特性
kx ky kz 贮水率(Ss) 粘聚力 内摩擦角
心墙 各向同性 Mohr Coulomb 4.0E+04 0.35 20 0.5 21 0.5 心墙 1.92E-05 1.92E-05 1.92E-05 Auto 30 35.6
反滤层 各向同性 Mohr Coulomb 一般 5.0E+04 0.33 20 0.5 多孔材料 22
0.5 反滤层 1.00E-04 1.00E-04 1.00E-04 Auto 非线性
0 33
坝体 各向同性 Mohr Coulomb 5.2E+04 0.3 19 0.74 22 0.5 坝体 0.01 0.01 0.01 Auto 0 39
基岩 各向同性 Mohr Coulomb 2.0E+06 0.2 23 0.6 23 0.5 - 1.00E-05 1.00E-05 1.00E-05 Auto 100 43
使用岩土的非饱和特性执行渗流分析时，在上，为定义饱和条件下的体积含水量的斜率而使用贮水率，其含义是水位下降或者水位上升的单位体积含水层的流出或流入水的体积，是一个描述可压缩流体的系数。可以直接输入参数值或按非排水设置材料的排水特性时，利用非排水泊松比(vu)、有效弹性模量(E')及泊松比(v')等基本参数来自动计算。为减少数值误差，将非排水泊松比设置为接近0.5的值0.495。考虑岩土的弹性模量、泊松比，建议使用自动计算的数值。 Kf?BKu?E'(?u??') (1?2?')(1??')(1?2?u)4 | Chapter 7. 水位骤降时坝体稳定性分析
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?表. 岩土特性
?创建渗流边界函数
Sn?ws?K??w wKfS(1?2?')(1??')(1?2?u)s??wE'(?') u??更详细的内容请参考用户手册第四章。
3.2 定义属性
创建网格时，定义各网格组分配的属性。岩土属性的情况下，设置使用什么样的岩土材料，各属性如下表。
名称 心墙 反滤层 坝体 基岩 类型 3D 3D 3D 3D 材料 心墙 反滤层 坝体 基岩
3.3定义函数
*
: 渗流/固结分析 > 属性/坐标系/函数>函数>渗流边界函数 是设置基于时间的渗流边界变化函数的操作。
在满水位 (20m)，输入三天内水位变化(5m / day)到 5m的水位函数。
? 选择渗流边界函数。
? 如下图，输入 (0,20)、(72,5)、(100,5)创建函数。
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D堆坝稳定
