人力资源远盛水工 土质边坡渗流、稳定分析系统用户手册

Goodisgood,butbettercarriesit.

精益求精，善益求善。Goodisgood,butbettercarriesit.

精益求精，善益求善。人力资源远盛水工土质边坡渗流、稳定分析系统用户手册1引言1引言PAGEPAGE651引言PAGE土质边坡渗流、稳定分析系统用户使用手册（V1.0测试版）中国水利水电科学研究院长沙远盛科技有限公司2013-08一、功能概述本系统分为三部分：前处理、核心计算、后处理。目标为：用户能应用该系统对土质边坡渗流、稳定分析项目进行建模，快捷地输入边坡参数、水位、材料信息、震级等各项计算参数；系统半自动、自动进行单元网格划分；系统进行土质边坡或土坝渗流计算，稳定分析；系统自动生成设计报告并批量生成设计成果图。二、编制原理编制依据（1）《建筑边坡工程技术规范》（GB50330-2002）（2）《水利水电工程边坡设计规范》（SL386-2007）（3）《堤防工程设计规范》（GB50286-98）（4）《碾压式土石坝设计规范》(SL274-2001)（5）《碾压式土石坝设计规范》（DL/T5395-2007）（6）《渗流计算原理及应用》顾慰慈编著中国建材工业出版社2000.08（7）《渗流数值计算与程序应用》毛昶熙段祥宝主编河海大学出版社1999.01（8）《土质边坡稳定分析--原理.方法.程序》陈祖煜著中国水利水电出版社2003年计算参数采用的单位该系统中如无特别说明，高程、几何尺寸的单位均为米；力的单位为kN；弯矩单位为kN·m；材料容重的单位为kN/m3；应力的单位为kN/m2。坐标系x轴以水平指向坝体下游为正；y轴以竖直向上为正；转角以x轴正方向为起点，逆时针为正。进行应力、稳定分析时，取坝体纵向单位长度的坝段为计算单元进行分析。波浪爬高计算年最大风速年最大风速系指水面上空10m高度处10min平均风速的年最大值；对于水面上空z（m）处的风速，应乘以表2.4-1中的修正系数Kz后采用。陆地测站的风速，应参照有关资料进行修正。表2.4-1风速高度修正系数风区长度（有效吹程）按下列情况确定：1）当沿风向两侧的水域较宽时，可采用计算点至对岸的直线距离；2）当沿风向有局部缩窄且缩窄处的宽度b小于12倍计算波长时，可采用5倍b为风区长度，同时不小于计算点至缩窄处的直线距离；3）当沿风向两侧的水域较狭窄或水域形状不规则、或有岛屿等障碍物时，可自计算点逆风向做主射线与水域边界相交，然后在主射线两侧每隔7.5°做一条射线，分别与水域边界相交。如图2.4-1所示，记D0为计算点沿主射线方向至对岸的距离，Di为计算点沿第i条射线至对岸的距离，αi为第i条射线与主射线的夹角，αi=7.5i(一般取i=±1、±2、±3、±4、±5、±6)，同时令α0=0,则等效风区长度D可按下式计算：（2.4-1）图2.4-1等效风区长度计算示意风区内的水域平均深度风区内的水域平均深度一般可通过沿风向作出地形剖面图求得，其计算水位应与相应设计状况下的静水位一致。波浪要素计算1．宜根据拟建水库的具体条件，按下述三种情况计算波浪要素：1）平原、滨海地区水库，宜按莆田试验站公式计算：（2.4-2）（2.4-3）式中：hm——平均波高，m；Tm——平均波周期，s；W——计算风速，m/s；D——风区长度，m；Hm——水域平均水深，m；g——重力加速度，9.81m/s2。2）丘陵、平原地区水库，宜按鹤地水库公式计算（适用于库水较深、W＜26.5m/s及D＜7.5km）：（2.4-4）（2.4-5）式中：h2%——累积频率为2%的波高，m；Lm——平均波长，m。3）内陆峡谷水库，宜按官厅水库公式计算（适用于W＜20m/s及D＜20km）：（2.4-6）（2.4-7）式中：h——当gD/W2=20～250时，为累积频率5%的波高h5%；当gD/W2=250～1000时，为累积频率10%的波高h10%。2．累积频率为P（%）的波高hp与平均波高的关系可按表2.4-2进行换算。表2.4-2累积频率为P（%）的波高与平均波高的比值3．有效波高hs可取累积频率为14%的波高h14%。4．风壅水面高度可按下式计算： （2.4-8）式中e——计算点的风壅水面高度，m；K——综合摩阻系数，可取K＝3.6×10-6；W——设计风速，按计算波浪的风速确定；D——风区长度，m；β——风向与垂直于堤轴线的法线的夹角，度。5．设计波浪爬高值应根据工程等级确定，1级、2级和3级坝采用累积频率为1%的爬高值R1%，4级和5级坝采用累积频率为5%的爬高值R5%。6．正向来波在单坡上的平均波浪爬高可按式2.4-9、式2.4-10或有关规定计算：1）当m＝1.5～5.0时，可按下式计算： （2.4-9）式中：Rm——平均波浪爬高，m；K△——斜坡的糙率及渗透性系数，根据护面类型按表2.4-3确定；Kw——经验系数，根据表2.4-4确定；2）当m≤1.25时，可按下式计算： (2.4-10)式中R0--无风情况下，光滑不透水护面(K△＝1)、hm＝1m时的爬高值(m)，可按表2.4-5确定。表2.4-3斜坡的糙率及渗透性系数K△护面类型K△光滑不透水护面(沥青混凝土)1.0混凝土及混凝土板护面0.9草皮护面0.85～0.90砌石护面0.75～0.80抛填两层块石(不透水基础)0.60～0.65抛填两层块石(透水基础)0.50～0.55四脚空心方块(安放一层)0.55四脚锥体(安放二层)0.40扭工字块体(安放二层)0.38表2.4-4经验系数KVV/≤11.522.533.54≥5KV11.021.051.281.30表2.4-5R0值m＝ctga00.51.01.25R01.241.452.202.503）当1.25＜m＜1.5时，可由m＝1.5和m＝1.25的计算值按内插法确定。7．带有平台的复合斜坡堤(图2.4-2)的波浪爬高，可先确定该断面的折算坡度系数me，再按坡度系数为me的单坡断面确定其爬高。折算坡度系数me可按下列公式计算：1）当△m＝(m下-m上)＝0，即上下坡度一致时： (2.4-11) (2.4-12)2）当△m＞0，即下坡缓于上坡时： (2.4-13)3）当△m＜0，即下坡陡于上坡时： (2.4-14)式中m上、m下——分别为平台以上、以下的斜坡坡率；dW——平台上的水深(m)，当平台在静水位以上时取正值；平台在静水位以下时取负值(图2.4-2)。dW表示取绝对值；B--平台宽度(m)；L--波长(m)。注：折算坡度法适用于m上＝1.0～4.0，m下＝1.5～3，dW/L＝-0.067～＋0.067，B/L≤0.25的条件。图2.4-2带有平台的复合斜坡堤8．当来波波向线与堤轴线的法线成β角(度)时，波浪爬高应乘以系数Kβ，当堤坡坡率m≥1时，Kβ可按表2.4-6确定。表2.4-6系数Kββ(度)≤152030405060Kβ10.960.920.870.820.769．对1、2级堤防或断面形状复杂的复式堤防的波浪爬高，宜通过模型试验验证。10．如图2.4-3所示作用在坡度系数为1.5～5.0的坝坡护面板上的波浪压力，可按式2.4-15、式2.4-16计算：1）最大压力强度(2.4-15)(2.4-16)式中：Pz——最大压力强度，kN/m2；Kp——频率换算系数，取1.35；K2——系数，按表2.4-7确定；K3——浪压力相对强度系数，按表2.4-8确定；hs——有效波高，m。图2.4-3坝坡护面板上的波浪压力表2.4-7系数K2表2.4-7浪压力相对强度系数系数K32）最大压力强度作用点距水面的距离Zz(2.4-17)(2.4-18)(2.4-19)当计算Zz<0时，取Zz＝０。3）斜面上各计算点到点Z的距离(2.4-20)4）波浪作用区域的上限Zo等于设计累计频率下的波浪爬高Rp。渗流计算原理渗流计算包括以下内容：确定坝体浸润线及其下游逸出点的位置，绘制坝体及坝基内的等势线分布图或流网图；确定坝体与坝基的渗流量；确定坝坡出逸段与下游坝基表面的出逸比降，以及不同土层之间的渗透比降；确定库水位降落时上游坝坡内的浸润线位置或孔隙压力；确定坝肩的等势线、渗流量和渗透比降。渗流计算的水位组合：上游正常蓄水位与下游相应的最低水位；上游设计洪水位与下游相应的水位；上游校核洪水位与下游相应的水位；库水位降落时上游坝坡稳定最不利的情况。本计算程序根椐压力和渗流边界条件，利用达西定律计算二维渗流问题中的压力和流网，在这里稳定渗流的微分方程转变成有限元中的方程。渗流控制方程表达为下式的二维微分方程式： (2.5-1)其中Kxx,Kxy,Kyy为不同方向的渗透系数x、y为坐标方向H为势函数，定义为压力和水头之和H=Y+P/w这个方程为稳定渗流，适用于非均质和各向异向介质，可简化为均质和各向同向渗流的情况；分析过程中第一步是选择所研究问题的有限元离散方法：三角形或四边形单元。由于是常应变单元，但采用三角形单元时，结点3与结点4重和。图2.5-1单元结点编码与面号稳定计算原理稳定计算程序依据规范《碾压式土石坝设计规范》(SL274-2001)编写。土石坝设计条件土石坝设计条件根据所处的工作状况和作用力的性质分为：正常运用条件水库水位位于正常蓄水位和设计洪水位与死水位之间的各种水位的稳定渗流期；水库水位在上述范围内经常性的正常降落；抽水蓄能电站的水库水位的经常性变化和降落。非常运用条件Ⅰ施工期；校核洪水位有可能形成稳定渗流的情况；水库水位的非常降落，如自校核洪水位降落、降落至死水位以下，以及大流量快速泄空等。非常运用条件Ⅱ正常运行条件遇地震。土石坝稳定计算工况土石坝施工、建成、蓄水和库水位降落的各个时期不同荷载下，应分别计算其稳定性。控制稳定的有施工期（包括竣工时）、稳定渗流期、水库水位降落期和正常运用遇地震四种工况，应计算的内容分别如下：施工期的上、下游坝坡；稳定渗流期的上、下游坝坡；水库水位降落期的上游坝坡；正常运用遇地震的上、下游坝坡。应力计算情况土石坝各种计算工况，土体的抗剪强度均应采用有效应力法按下式计算： 粘性土施工期同时应采用总应力法按下式计算： 粘性土库水位降落期期同时应采用总应力法按下式计算：非线性应力计算情况粗粒料非线性材料的抗剪强度指标按下式计算：孔隙压力粘性填土或坝基土中某点在施工期的起始孔隙压力uo按下式计算：稳定渗流期坝体和坝基中的孔隙水压力，根据流网确定。水库水位降落期坝体和坝基中的孔隙水压力计算应符合下列规定：抗滑稳定最小安全系数采用计及条块间力的计算方法时，坝坡抗滑稳定的安全系数，应不小于下表的规定：混凝土面板堆石坝用非线性抗剪强度计算指标计算坝坡的稳定安全系数时，最小值也可参照上表执行。采用不计及条块间作用力的瑞典圆弧法计算坝坡稳定安全系数时，对1级坝正常运用条件最小安全系数不小于1.3，其它情况比上表规定的数值小8%。计算方法瑞典圆弧法瑞典圆弧法不考虑条块间作用力，只适合圆弧滑动面，按下式计算：简化毕肖普法简化毕肖普法考虑条块间作用力，只适合圆弧滑动面，由下式迭代计算得到安全系数：摩根斯顿－普赖斯法摩根斯顿－普赖斯法考虑条块间作用力，适合非圆弧滑动面，按下列公式计算：美国陆军工程师团法美国陆军工程师团法是滑楔法的一种，考虑条块间作用力，适合非圆弧滑动面。该法指定一个角度作为土条一侧作用力的水平角，按下列公式计算：地震荷载土条水平地震荷载计算公式为： Fh＝αh×ξ×Gi×αi/g土条竖直地震荷载计算公式为： Fv＝αh×ξ×Gi×αi/3/g上式中：ξ—地震作用的效用折减系数，一般取0.25 αh—水平向设计地震加速度代表值，取值见下表：αi—质点i的动态分布系数，取值见下表：表中αm在设计烈度为7、8、9时分别取3.0、2.5、2.0三、操作指南系统模块划分本系统主要内容包括：前处理、核心计算、后处理三个部分，如图3.1-1所示。前处理包括：输入设计基底高程；定义材料属性；指定分区材料类型；指定渗流边界信息；自动划分单元。核心计算包括：进行渗流计算、稳定分析等；得到各项计算指标。后处理包括：根据计算结果生成总报告、计算书，绘制计算简图、云图等。图3.1-1系统流程图启动大坝工具箱后，新建或者打开一个dwg文件，在该图形中绘制土质边坡或堤防的轮廓线，如图3.1-2所示。图3.1-2土堤轮廓线在AutoCAD命令行输入“INIT”命令，弹出图3.1-3所示初始设置对话框。在对话框中设置“绘图比例”与“出图比例”，这两个参数的比值即为轮廓线的绘图比例。如图3.1-3所示对话框中“绘图比例”与“出图比例”的比值为100，则dwg图中1绘图单位长度代表大坝实际尺寸为100mm。例如，坝顶设计宽度为8米，则在dwg图中需绘制80个绘图单位长度的坝顶水平线。用户可以根据实际需求任意选择比例，但务必使绘制轮廓线的比例与“初始设置”对话框中设置的比例保持一致。图3.1-3初始设置对话框在AutoCAD命令行输入“TUBJS”命令，弹出图3.1-4所示界面，即为重力坝辅助设计系统的操作界面。该界面中包含了该系统所有操作的菜单指令。图3.1-4土石坝辅助设计系统的操作界面前处理模块前处理流程图图3.2-1前处理流程图新建工程[菜单位置]：工程→新建[命令功能]：新建一个项目的工作路径，既可以调入已有的工作目录，也可在输入框中键入新的工作目录，后面操作中生成的所有文件（包括数据文件及计算书等）均保存在设置的工作目录下。 点击该菜单，将弹出如图3.2-2所示对话框：图3.2-2新建工程对话框[浏览…]：鼠标左键单击该按钮，用户能够浏览文件夹，指定项目所在工作路径。[项目工作路径]：用户可以在该输入框中键入新的工作路径，系统将在指定路径创建一个新的文件夹。[项目名称]：系统生成的的数据文件、计算书等将以该输入框中内容命名。打开工程[菜单位置]：工程→打开[命令功能]：导入一个之前创建项目的数据。 点击该菜单，系统弹出如图3.2-4所示对话框：图3.2-4打开工程对话框[项目名称]：下拉列表框中将显示dwg文件中已经创建的所有项目名称，用户可以从中选择一个项目。[浏览…]：鼠标左键单击该按钮，用户能够浏览文件夹，选定项目的数据文件。设置基本参数[菜单位置]：参数设置→设置基本参数[命令功能]：设置项目的一些控制参数并在图中标注高程、水位。 点击该菜单，系统弹出如图3.2-5所示对话框：图3.2-5设置基本参数对话框[结构安全级别]：选项有：1级、2级、3级、4级、5级；[渗流分析类型]：选项有：稳定渗流、非稳定渗流。当选择“非稳定渗流”时，程序可以根据水位降落分时段进行渗流计算，用户必须设置“总计算步数”；同时要在图3.2-5所示对话框右侧列表框中设置每个计算步的间隔数，以及每个间隔的天数；[地震设计烈度]：选项有：不考虑、7级、8级、9级；[坝底高程]：堤防上游侧坝踵标高，单位为m。该参数必须设置，其他标高都将以坝底标高作为基准点进行调整；[导入…]：左键单击该按钮，允许用户从其他项目的数据文件中读取基本参数值。[保存…]：左键单击该按钮，允许用户将基本参数值存入当前项目数据文件。[另存为…]：左键单击该按钮，允许用户将基本参数值存入用户指定的数据文件，方便下次读取。 所有参数都设置好以后，左键单击“确定”按钮，命令行将提示：请框选已经存在的标高文字<回车结束>：如果用户之前已经设置过该项目的坝底标高、土表标高及淤沙标高等，则用户应该框选这些标高文字，程序在下面的操作中将从这些选择的标高中寻找对应的标高进行编辑。如果用户直接回车不选择标高文字，则程序将绘制新的标高符号。 假设用户之前尚未定义过这些高程，直接回车后，命令行提示：是否在图中选择坝底标高符号?[是(Yes)/否(No)]<否>用户输入“N”选项，则程序将自动绘制默认格式标高符号；输入“Y”选项时，命令行提示：请选择“坝底标高”符号实体(包括文字和曲线)<回车结束>:此时，用户需要选择如图3.2.4-2所示的白色实体，所选实体中至少要包含一个dtext实体文字和一根文字下侧的直线。正确选择以后，程序将编辑所选标高符号中的文字，将数值设成图3.2-5所示对话框中的坝底标高，即“1711.0”。图3.2-6典型的标高符号 坝顶标高符号的绘制与“坝底标高”符号绘制基本相同。需要注意的是：这些标高的y坐标是以“坝底标高”符号为基准，程序通过这些标高与“坝底标高”的差值，并按照图3.1-3所示初始设置对话框中“绘图比例”与“出图比例”进行换算得到的，换算公式如下： Y顶＝Y底＋（坝顶标高－坝底标高）×1000×出图比例/绘图比例上式中：Y顶——坝顶标高符号文字下划线的y坐标；Y底——坝底标高符号文字下划线的y坐标。因此，在执行该操作之前，一定要事先设置好图3.1-3所示初始设置对话框中的比例，使其与坝体轮廓线绘图比例相一致。管理材料库[菜单位置]：参数设置→管理材料库[命令功能]：设置项目的材料参数。 点击该菜单，系统弹出如图3.2-7所示对话框：图3.2-7管理材料库对话框[材料名]：用来标识材料名称，是检索材料库的关键词，同一项目的材料库中必须是唯一的，不存在相同名字的材料；[容重]：单位为kN/m3，指材料的湿容重；[浮容重]：单位为kN/m3，用于水下材料；[总应力C值增量]：单位为kPa/m，材料粘聚力随着深度的增加值；[总应力φ值增量]：单位为度/m，材料摩擦角随着深度的增加值；[地下水位]：当渗流计算类型为“非稳定渗流”，且用户未在图中设置初始水位线时，该参数才有效。地下水位以下单元，程序认为其饱和度为100%，地下水位以上则由参数“初始饱和度”控制；[初始饱和度]：当渗流计算类型为“非稳定渗流”时，该参数才有效。地下水位（或初始地下水位线）以上单元的初始饱和度由该参数控制；[土水关系特性表]：该表格数据用于计算非稳定渗流，表示材料吸力水头、饱和度、相对渗透系数的关系；[采用新筑材料]：只有选中该选项时，计算孔压系数时才会计入该材料土重，否则不计；[采用非线性指标]：选中该选项时，强度指标采用非线性材料强度；[材料颜色]：闭合区域定义材料后生成面域显示的颜色，用户可以点击图3.2.5-1所示对话框中的颜色录入框，为各种材料选择不同的颜色；[导入…]：左键单击该按钮，允许用户从其他项目的数据文件中读取基本参数值。[保存…]：左键单击该按钮，允许用户将基本参数值存入当前项目数据文件。[另存为…]：左键单击该按钮，允许用户将基本参数值存入用户指定的数据文件，方便下次读取。[入库]：左键单击该按钮，用户将把“一般参数”里面所列的材料添加到项目的材料库中，并在图3.2.5-1所示对话框的左侧列表框中显示当前项目的所有材料名称。[编辑]：用户在图3.2.5-1所示对话框的左侧列表框中选择一种材料，修改这个材料在“一般参数”里面显示的数据后，左键单击该按钮，则程序将修改这个材料在项目材料库中相应的数据。[删除]：用户在图3.2.5-1所示对话框的左侧列表框中选择一种材料，左键单击该按钮，程序在项目材料库中删除这种材料。设置分区材料[菜单位置]：图形交互→设置分区材料[命令功能]：该步骤用于指定闭合区域的材料类型，执行该命令之前需先执行“管理材料库”，在项目材料库中增添若干材料类型。 点击该菜单，系统弹出如图3.2-8所示对话框：图3.2-8设置分区材料对话框[材料名称]：在这个下拉列表框中将显示“管理材料库”操作中定义的材料名称；[孤岛检测样式]：选项有：外部、忽略，不同选项所选择的区域如图3.2-9阴影部分所示；图3.2-9孤岛检测样式[文字高度]：用来控制程序绘制材料名称文字的高度，图中绘制的文字高度＝该参数ד出图比例”。按照命令行提示在图3.2-10所示图形的闭合区域中间点取一点后，程序将在闭合区域生成一个面域（region实体）并绘制材料名称，面域颜色为所选材料指定的颜色。材料定义完成以后，用户可以执行“shademode”命令，输入“F”选项来查看定义的材料区域，如图3.2-10所示。图3.2-10材料填充输入附加荷载[菜单位置]：图形交互→输入附加荷载[命令功能]：该步骤用于在指定位置绘制附加荷载，只在需要进行稳定分析时，附加荷载才有效。 点击该菜单，系统弹出如图3.2-11所示对话框：图3.2-11添加附加荷载对话框[类型]：选项有：点荷载、线荷载；[工况]：选项有：常现荷载、不常现荷载、永久设备自重；[q]：单位为kN，指点荷载大小或者线荷载的起始位置荷载强度。[q2]：单位为kN，只对线荷载有效，指线荷载的终止位置荷载强度。[角度]：单位为度，用户指定的荷载作用方向。[方式]：选项有：输入角度、垂直长度线、垂直轮廓线、图中点取、平行轮廓线。当用户选择“输入角度”选项时，荷载方向为“角度”输入框中的数值；当用户选择“垂直长度线”选项时，荷载方向垂直于用户指定的起点和终点之间的连线；当用户选择“垂直轮廓线”选项时，荷载方向垂直于用户选择的轮廓线；当用户选择“图中点取”选项时，荷载方向由用户在图中点取两点确定；当用户选择“平行轮廓线”选项时，荷载方向平行于用户选择的轮廓线。[文字高度]：用来控制荷载标注文字的高度，图中绘制的文字高度＝该参数ד出图比例”。[绘图比例]：用来控制荷载箭头的长短。该参数越大，则箭头越短；反之越长。划分网格[菜单位置]：图形交互→划分网格[命令功能]：该步骤用于给用户选择的材料区域划分单元网格，在执行该命令之前必须先执行步骤“设置分区材料”。 点击该菜单，系统弹出如图3.2-12所示对话框：图3.2-12划分网格对话框[纵向网格线角度]：单位为度，指定纵向网格线的角度；[横线间距变化方式]：选项有：等间距布置、由下向上间距渐变、由上向下间距渐变、由外向内间距渐变、由内向外间距渐变。该参数用于控制水平网格线的间距变化型式。[纵线间距变化方式]：选项有：等间距布置、由左向右间距渐变、由右向左间距渐变、由外向内间距渐变、由内向外间距渐变。该参数用于控制竖直网格线的间距变化型式。[横线间距]：单位为米，横向网格线的起始间距。[横线步长]：单位为米，相邻横向网格线的间距变化值，当间距变化方式为“等间距布置”时，该参数无效。[纵线间距]：单位为米，纵向网格线的起始间距。[纵线步长]：单位为米，相邻竖向网格线的间距变化值，当间距变化方式为“等间距布置”时，该参数无效。[节点编号字高]：用来控制节点编号文字的高度，图中绘制的文字高度＝该参数ד出图比例”。[单元编号字高]：用来控制单元编号文字的高度，图中绘制的单元编号尺寸＝该参数ד出图比例”。 所有参数都设置好以后，左键单击“确定”按钮，命令行将提示：请选择要划分网格的材料分区面域<回车结束>:选择要划分网格的材料区域（面域）后，命令行将提示：请框选该项目已经存在的单元和节点<回车结束>:如果之前已经划分了当前项目的某些材料区域，则框选生成所有的节点和单元，否则直接按回车键不选。程序自动在各材料区域能生成网格和节点，如图3.2-13所示。图3.2-13生成的网格和节点选轮廓线生成网格[菜单位置]：图形交互→选轮廓线生成网格[命令功能]：该步骤用于选择多根相交的线段，程序将自动从图中获取三角形或者四边形闭合区域生成单元。所有线段应该位于定义了材料属性的区域之间。图3.2-14中左侧白色线条为算选曲线，紫色区域为材料面域，右侧部分为程序生成的节点和单元。该操作允许用户任意绘制线段划分单元，提高了单元划分的灵活性。图3.2-14轮廓线网格检查节点连续性[菜单位置]：图形交互→检查节点连续性[命令功能]：该步骤用于检查选择节点是否存在重号、跳号；并重新按顺序排列、编辑所选节点编号。检查单元编号连续性[菜单位置]：图形交互→检查单元编号连续性[命令功能]：该步骤用于检查选择单元编号是否存在重号、跳号；并重新按顺序排列、编辑所选单元编号。定位节点[菜单位置]：图形交互→定位节点[命令功能]：该步骤便于用户快速查找指定节点。按照命令行提示输入节点编号并框选搜索范围后，程序将把指定节点置于屏幕中央。定位单元[菜单位置]：图形交互→定位单元[命令功能]：该步骤便于用户快速查找指定单元。按照命令行提示输入单元编号并框选搜索范围后，程序将把指定单元编号置于屏幕中央。设置渗流边界[菜单位置]：图形交互→设置渗流边界[命令功能]：该步骤用于设置节点或者边线的水位等渗流情况。点击该菜单，系统弹出如图3.2-15所示对话框：图3.2-15设置渗流边界对话框[操作类型]：选项为：设置点边界条件、设计面边界条件；[约束类型]：选项为：不透水面、不透水点、潜在透水面、等势面、等势点、水位随时间变化面、删除面边界信息、删除点边界信息。当选项为“水位随时间变化面”时，用户必须先在图3.2-15所示对话框下侧列表框中设置指定水位组的“时间点”及“水位”。当选项为“删除面边界信息”或“删除点边界信息”时，程序将删除之前定义的约束信息。[符号尺寸]：用来控制图3.2-16中紫色的箭头长度；[文字高度]：用来控制图3.2-16中紫色或蓝色文字的大小；在对话框设置好参数后，命令行提示：请选择单元节点<回车退出>:用户选择图3.2-16中单元节点（红色实心圆）后，程序将在节点位置绘制符号和文字，如图3.2-16所示：图3.2-16设置约束边界当操作类型为“设计面边界条件”时，命令行提示：请在靠近始端位置点取一点选择渗流边界多段线（pline实体）<回车退出>:程序将沿着所选曲线绘制箭头符号，箭头指向曲线的终点，并绘制渗流信息文字及表格。1）渗流边界类型，共5种a.不透水面、不透水点b.潜在透水面，这个面上存在可能的渗出点，程序默认所有边界都是不透水面，所以必须由用户指定潜在透水面c.等势面，已知水头势的面边界d.等势点，已知水头势的点边界e.水位随时间变化面，边界上所有点变化相同设置滑弧控制线[菜单位置]：图形交互→设置滑弧控制线[命令功能]：该步骤用于设置几种类型的滑弧控制线。点击该菜单，命令行将提示：请选择滑裂面控制线（pline,line）<回车退出>:用户选择一根多段线（pline）后，命令行提示：请输入控制线类型（1滑出面，2起滑面，3软弱夹层，4滑裂面上限，5滑裂面下限，6拉力缝区域）<3>:控制线类型为6种：滑出面：程序自动搜索最危险滑弧时，该曲线用于控制滑弧滑出点（下侧点）的位置。起滑面：程序自动搜索最危险滑弧时，该曲线用于控制滑弧起滑点（上侧点）的位置。软弱夹层：程序自动搜索最危险滑弧时，该曲线用于指定软弱夹层位置，危险滑弧部分或全部通过软弱夹层。滑裂面上限：程序自动搜索最危险滑弧时，该曲线用于控制滑弧的y坐标最大值，以便提高搜索效率。滑裂面下限：程序自动搜索最危险滑弧时，该曲线用于控制滑弧的y坐标最小值，以便提高搜索效率。拉力缝区域：当滑弧上侧点位于该区域时，则在顶部设置拉力缝。设施工期水位线[菜单位置]：图形交互→设施工期水位线[命令功能]：该步骤用于设置施工期工况下浸润线。当迎水侧设置面板时，水位线应该从上游水位沿迎水侧坝坡连线到坝内水位线，如下图蓝色曲线所示。注意该曲线必须与坝体外轮廓线有两个交点，否则视为无效。点击该菜单，命令行将提示：请选择一根多段线（pline线）作为施工期水位线<回车退出>:选择下图中蓝色曲线请选择“坝底标高”文字(text)<回车退出>:选择坝底标高文字按照提示操作完成后，程序将自动在曲线两端添加水位标高。设稳定渗流期水位线、设水位降落前水位线、设水位降落后水位线操作步骤与此相同，只是表示的计算工况不同。设置初始水面线[菜单位置]：图形交互→设置初始水面线[命令功能]：该步骤用于设置非稳定渗流计算初始阶段水面线，水面线以下单元材料饱和度为100%。设置流量计算截面[菜单位置]：图形交互→设置流量计算截面[命令功能]：该步骤用于设置流量计算截面，如果设置了流量计算截面，则在渗流计算时将计算这些截面的渗流量。生成数据文件[菜单位置]：图形交互→生成数据文件[命令功能]：该步骤用于生成计算所需数据文件。执行该命令前必须先完成上述各步骤。点击该菜单，命令行将提示：请框选该项目的单元、节点、渗流以及附加荷载等实体<回车结束>:用户框选当前项目中如图3.2.17所示所有的单元、节点以及附加荷载等实体后，系统将在系统安装目录的sys子目录下生成如下若干数据文件：图3.2.17生成数据文件所需实体用户框选当前项目中如图3.2-17所示所有的单元、节点、渗流边界信息以及附加荷载等实体后，系统将在系统安装目录的sys子目录下生成如下若干数据文件：1）mesh.sap单元数节点数27029011.00000.000030.01坐标X 坐标Y 0 节点编号（只读前面两个数）共290行10.00000.000030.029.00000.000030.038.00000.000030.047.00000.000030.056.00000.000030.065.00000.000030.074.00000.000030.083.00000.000030.092.00000.000030.0101.00000.000030.0110.00000.000030.012。。。。。。012118191域号材料号单元结点1节点2节点3节点4单元编号共270行013219202014320213015421224016522235017623246018724257019825268。。。。。。。。2）seepage_data.sap15 1 计算工况号：ltcasltcas=-1，检查读入数据格式ltcas=0，通过高斯积分检查单元信息ltcas=1，稳定渗流计算ltcas=2，非稳定渗流计算6 饱和渗透系数nDATA渗流参数的输入材料种数。当nData小于mesh.sap中的需要材料种数时，大于ndata的材料参数自动等于ndata中材料色参数。n，kxx,kyy,kxy,nn每行5个数，第一个数为序号，后边输入3个渗透系数kxx,kyy,kxy。nn孔隙率。渗透系数量纲为：长度/时间，单位与总体计算为m/d等。孔隙率nn=0~1.0如上数据共nDATA行 1 8.0000e+000 8.0000e+000 0.0000e+000 3.5000e-001 2 8.0000e+000 8.0000e+000 0.0000e+000 3.5000e-001 3 8.0000e+000 8.0000e+000 0.0000e+000 3.5000e-001 4 8.0000e+000 8.0000e+000 0.0000e+000 3.5000e-001 5 8.0000e+000 8.0000e+000 0.0000e+000 3.5000e-001 6 8.0000e+000 8.0000e+000 0.0000e+000 3.5000e-001 0.000 0.000 -3.000地下水位、初始饱和度、最大负压信息 6 土水特性关系组数，例题中共6组 8 1 0.0000 1.0000 1.0000e+000 2 2.1900 0.9892 1.8000e-001 3 3.1000 0.9763 8.0000e-002 4 3.9440 0.9396 4.0000e-002 5 4.7870 0.6315 1.0000e-002 6 5.1310 0.5280 2.0000e-004 7 6.1120 0.3793 2.0000e-005 8 7.2890 0.2866 3.0000e-006nhsr定义水特性关系的材料组数ndhsr（i）--第i组材料的数据个数，最多50个数。j，h(i,j),S(i,j),Kr(i,j)第i号材料、第j个数据的吸力水头、饱和度、相对渗透系数，共ndhsr（i）行；数据2）、3）构成一种材料的水特性关系，需要定义的该关系与材料总数相同，如果数据组数少于材料总数，则已定义以外的材料全部与最后一种材料相同。例如，可以只定义一中材料的数据，则模型中使用的所有材料都相同。 8 1 0.0000 1.0000 1.0000e+000 2 2.1900 0.9892 1.8000e-001 3 3.1000 0.9763 8.0000e-002 4 3.9440 0.9396 4.0000e-002 5 4.7870 0.6315 1.0000e-002 6 5.1310 0.5280 2.0000e-004 7 6.1120 0.3793 2.0000e-005 8 7.2890 0.2866 3.0000e-006 8 1 0.0000 1.0000 1.0000e+000 2 2.1900 0.9892 1.8000e-001 3 3.1000 0.9763 8.0000e-002 4 3.9440 0.9396 4.0000e-002 5 4.7870 0.6315 1.0000e-002 6 5.1310 0.5280 2.0000e-004 7 6.1120 0.3793 2.0000e-005 8 7.2890 0.2866 3.0000e-006 8 1 0.0000 1.0000 1.0000e+000 2 2.1900 0.9892 1.8000e-001 3 3.1000 0.9763 8.0000e-002 4 3.9440 0.9396 4.0000e-002 5 4.7870 0.6315 1.0000e-002 6 5.1310 0.5280 2.0000e-004 7 6.1120 0.3793 2.0000e-005 8 7.2890 0.2866 3.0000e-006 8 1 0.0000 1.0000 1.0000e+000 2 2.1900 0.9892 1.8000e-001 3 3.1000 0.9763 8.0000e-002 4 3.9440 0.9396 4.0000e-002 5 4.7870 0.6315 1.0000e-002 6 5.1310 0.5280 2.0000e-004 7 6.1120 0.3793 2.0000e-005 8 7.2890 0.2866 3.0000e-006 8 1 0.0000 1.0000 1.0000e+000 2 2.1900 0.9892 1.8000e-001 3 3.1000 0.9763 8.0000e-002 4 3.9440 0.9396 4.0000e-002 5 4.7870 0.6315 1.0000e-002 6 5.1310 0.5280 2.0000e-004 7 6.1120 0.3793 2.0000e-005 8 7.2890 0.2866 3.0000e-006 4约束面数，例题中共4个面 15.000 8.000 25.500 1.000 21-4为约束面的起点坐标(X1,Y1)和终点坐标(X2,Y2)，5是约束面类型（1：不透水面，2：潜在透水面） 35.000 0.000 35.000 -6.000 1 35.000 -6.000 -8.000 -6.000 1 -8.000 -6.000 -8.000 0.000 1 2 等势面个数，例题中共2个等势面 25.500 1.000 27.000 0.000 1.000等势面1起点x起点Y终点x终点Y等势值 27.000 0.000 35.000 0.000 1.000 0 等势点个数n，例题中为0个等势点，后面跟n行，每行两个数，第一个数是等势点节点编号，第二个数是等势值 2 水位变化水面数，例题中为2个 7.500 6.000 0.000 0.000 11-4为水面的起点坐标（X1，Y1）和终点坐标(X2,Y2),5为水位类型，对应known_water_level.sap中的水位信息。 0.000 0.000 -8.000 0.000 1 0 不透水点个数m，例题中为0，后面跟m行数据，每行为不透水节点编号计算模块坝高验算[菜单位置]：计算过程→坝高验算[命令功能]：该步骤用于检测设计水位情况ia坝顶超高是否满足要求。点击该菜单，系统弹出如图3.3-1所示对话框：图3.3-1坝高验算对话框图3.3-1所示列表框中，显示各荷载组合情况下的计算超高，当列表框中所有实际超高大于或等于计算超高时，坝高验算满足要求。渗流计算[菜单位置]：计算过程→渗流计算[命令功能]：该步骤用于计算各单元节点的水头、体积力、流量等。点击该菜单，系统将在后台完成所有计算，并生成“seepage_vilosity.out”、“seepage_force.out”、“seepage_grad.out”、“seepage_quality.out”、“seepage_potential.out”、“soakage.dat”等数据文件。稳定分析[菜单位置]：计算过程→稳定分析[命令功能]：该步骤用于计算各滑动面的抗滑安全系数。[滑弧获取方式]：选项有：从图中选取程序自动搜索左侧最危险圆弧滑面程序自动搜索左侧最危险直线滑面程序自动搜索左侧最危险折线滑面程序自动搜索左侧最危险样条曲线滑面程序自动搜索右侧最危险圆弧滑面程序自动搜索右侧最危险直线滑面程序自动搜索右侧最危险折线滑面程序自动搜索右侧最危险样条曲线滑面[地震折减系数ξ]：一般取0.25[最大半径]：自动搜索圆弧滑面时圆弧的最大半径，单位为米，超过这个值则搜索终止。[最小半径]：自动搜索圆弧滑面时圆弧的最小半径，单位为米，小于这个值则略过。[弦深步长]：自动搜索圆弧滑面时圆弧的弦深每次递增值。[最大弦深]：自动搜索圆弧滑面时两侧端点之间圆弧的最大弦高，单位为米，超过这个值则搜索终止。[最小弦深]：自动搜索圆弧滑面时两侧端点之间圆弧的最小弦高，单位为米，小于这个值则略过。[最大底深]：自动搜索折线或样条曲线滑面时滑出点到滑弧最低点的高差，单位为米，超过这个值则略过。[y坐标步长]：自动搜索折线或样条曲线滑面时节点y坐标递增值。根据经验为以上几个参数设置合适的值，能大大提高搜索速度。[侧力β角]：当计算方法采用工程师团法时，该值为土条侧向力水平角；当该值设为0.0时，即为简化Janbu法。[fo(a)、fo(b)、f(x)为常数1]：这些参数只有当计算方法采用摩根斯顿-普赖斯法时才有效，用来控制土条侧向力的水平角，水平角计算公式见下图，当fo(a)=fo(b)=0.0；f(x)为常数1，即tanβ=λ时，即为Spencer法，程序默认即为该方法： [滑弧两端β角平行坡面]：这个参数只有当计算方法采用美国陆军工程师团法、摩根斯顿-普赖斯法时才有效，选中该选项，则两侧土条侧向力夹角平行坡面。[拉力缝高]：当该参数为“不考虑”或者“0”时，则表示不考虑拉力缝；当该参数输入正实数时，则在滑弧顶部布置一个输入高度的拉力缝；当该参数为“自动”时，拉力缝高按下式计算 [充水比例]：当滑弧顶部设置拉力缝时，该参数才有效。当该参数为100时，表示拉力缝全部充水；当该参数为0时，则表示不考虑充水；当该参数为50时，则表示拉力缝充水高度为缝高的一半。[σ3均按考虑条间力计算]：σ3的计算假定有两种，一种是考虑条间力作用、另外一种则不考虑条间力作用。当采用不考虑条间力作用的瑞典圆弧法时，如果选中该选项，则任然按照考虑条间力作用的情况计算小主应力σ3。输出文件数据格式说明1）seepage_steady.out节点水头压力nodhead10.24802737E+0120.25420849E+0130.25959683E+0140.26329011E+0150.26027969E+0160.25215303E+0170.10000000E+0180.31028670E+0190.37307329E+01100.42462237E+01110.46193667E+01120.48975246E+01130.50944996E+01140.52236441E+01150.52969655E+01160.53285918E+01170.53333000E+01180.18142742E+01190.18766550E+01200.19331509E+01210.19722166E+01220.19811432E+01230.17990276E+01240.17380043E+01250.23885923E+01。。。。。2)seepage_vilosity.out节点流速Node.vx vy10.636210E-03-0.105847E-0420.578871E-03-0.194332E-0430.454674E-03-0.581469E-0440.392884E-04-0.971463E-045-0.564581E-03-0.649435E-036-0.784403E-020.544260E-0370.290771E-02-0.205234E-0180.134855E-010.421241E-0390.572565E-02-0.864045E-03100.443845E-02-0.357354E-03110.325579E-02-0.323938E-03120.237486E-02-0.265988E-03130.162991E-02-0.227369E-03140.101168E-02-0.183765E-03150.523797E-03-0.149434E-03160.181011E-03-0.716116E-04170.470818E-04-0.706192E-04。。。。。3)seepage_force.out渗流体积力NodeFx Fy12.120807935781141E-0020.33299749566797921.929667692186825E-0020.33270253193029531.515658356694235E-0020.33141200985463241.309679877893463E-0030.3301119636177915-1.882033359530495E-0020.3117013948262166-0.2614809061849770.35149325890965879.692867564358251E-002-0.35079759085119380.4495396127515410.34739241861388090.1908648921524930.304547366480713100.1479558094253270.321437934091511110.1085320200869760.322551869182069127.916593648321740E-0020.324483608710911。。。。。4）seepage_grad.outNodegradxgrady16.362099255475362E-002-1.058472329746943E-00325.788707775301145E-002-1.943318403853297E-00334.546743125575751E-002-5.814687139432687E-00343.928839210509689E-003-9.714626901041259E-0035-5.645812066918066E-002-6.494351586623535E-0026-0.7844027035610545.442598694826448E-00270.290771193723922-2.0523390892324781.348550044226354.212409362147378E-00290.572565467986380-8.640450610617005E-002100.443844786275482-3.573538807420729E-002110.325579451368972-3.239375327045231E-002120.237485694513576-2.659883030224451E-002130.162991322495129-2.273690832703133E-002140.101168442024760-1.837652466950383E-002155.237968717532261E-002-1.494344106023947E-002。。。。5）seepage_quality.out节点水量Nodeqaulity1-0.19081958E-1620.00000000E+0030.17347235E-174-0.69388939E-175-0.17347235E-1760.34694470E-177-0.22633277E-018-0.52041704E-1790.34694470E-17。。。6）seepage_potential.out节点势NodePotential12.4802736767962322.5420849031125432.5959682784896342.6329011294878752.6027968643328062.5215303455055271.0000000000037183.1028670318802393.73073288088216104.24622367435337114.61936668724330124.89752458923769135.09449958388457145.22364406830884155.29696552695052165.32859181701187175.33330000000178182.48097417329761192.54335497599910202.59985092673699212.63891664669046222.64784320588008232.46572758320635。。。7）soakage.dat浸润线编号起点X起点Y终点X终点Y13.0000005.3333003.0000005.33330023.0000005.3333003.6230634.66670033.6230634.6667004.0000004.38699244.0000004.3869924.5303084.00000054.5303084.0000005.0000003.69843565.0000003.6984355.6726183.333300。。。。计算成果设置绘图参数[菜单位置]：计算成果→设置绘图参数[命令功能]：设定流速、体积力的绘图比例，以及水头、水力梯度、节点势等值线的步长等参数。点击该菜单，系统弹出如图3.4-1所示对话框：图3.4-1设置绘图参数对话框[流速绘图比例]：该参数用于控制节点流速符号箭头线段的长短，当该参数越小时，图中显示的箭头越长。[体积力绘图比例]：该参数用于控制体积力符号箭头线段的长短，当该参数越小时，图中显示的箭头越长。[文字高度]：该参数用于控制文字的高度。[箭头长度]：该参数用于控制应力箭头尖头部位的长度。[箭头宽度]：该参数用于控制应力箭头尖头部位的宽度。[等压线步长]：该参数用于控制等压线的间距，当该参数越大时，等值线越稀疏，反之则越密。当需要在等值线间填充颜色时，请谨慎采用此参数，过小的话，等值线太密，将影响绘图速度。[等势线步长]：该参数用于控制等势线的间距，当该参数越大时，等值线越稀疏，反之则越密。当需要在等值线间填充颜色时，请谨慎采用此参数，过小的话，等值线太密，将影响绘图速度。[水力坡降等值线步长]：该参数用于控制水力坡降等值线的间距，当该参数越大时，等值线越稀疏，反之则越密。当需要在等值线间填充颜色时，请谨慎采用此参数，过小的话，等值线太密，将影响绘图速度。计算书[菜单位置]：计算成果→计算书[命令功能]：生成该项目的完整计算书，格式参见手册后面附录。等压线图[菜单位置]：计算成果→等压线图[命令功能]：生成单元节点的等压线图。执行该参数时请先执行“设置绘图参数”，设定好绘图参数，以便使图形更加美观。点击该菜单，程序将绘制等压线图，如下所示：图3.4-2等压线图绘等势线图[菜单位置]：计算成果→绘等势线图[命令功能]：生成单元节点的等势线图。执行该参数时请先执行“设置绘图参数”，设定好绘图参数，以便使图形更加美观。点击该菜单，程序将绘制等势线图，如下所示：图3.4-3等势线图水力坡降等值线图[菜单位置]：计算成果→水力坡降等值线图[命令功能]：生成单元节点的水力坡降等值线图。执行该参数时请先执行“设置绘图参数”，设定好绘图参数，以便使图形更加美观。点击该菜单，程序将绘制等势线图，如下所示：图3.4-4水力坡降等值线图绘节点流速图[菜单位置]：计算成果→绘节点流速图[命令功能]：生成节点流速图。执行该参数时请先执行“设置绘图参数”，设定好绘图参数，以便使图形更加美观。点击该菜单，程序将绘制节点流速图，如下所示：图3.4-5节点流速图绘节点流量图[菜单位置]：计算成果→绘节点流量图[命令功能]：生成节点流量图。执行该参数时请先执行“设置绘图参数”，设定好绘图参数，以便使图形更加美观。点击该菜单，程序将绘制节点流量图，如下所示：图3.4-6节点流量图绘体积力图[菜单位置]：计算成果→绘体积力图[命令功能]：生成体积力图。执行该参数时请先执行“设置绘图参数”，设定好绘图参数，以便使图形更加美观。点击该菜单，程序将绘制体积力图，如下所示：图3.4-7体积力图读网格文件成图[菜单位置]：计算成果→读网格文件成图[命令功能]：读mesh.sap文件生成节点、单元，便于用户校核网格数据。点击该菜单，程序将绘制网格图，如下所示：图3.4-8单元节点图总报告[菜单位置]：计算成果→总报告总报告[菜单位置]：计算成果→渗流计算书[命令功能]：渗流计算成功后，可以用该命令生成计算书，见附录一。算例如下图所示，程序自动搜索得到最危险滑弧为图中红色滑弧。计算得到该滑弧安全系数为1.404，该例题标准答案为1.4。材料名称c＇φ＇cuφuccuφcu3#土7.2020.07.2020.07.2020.02#土5.3023.05.3023.05.3023.01#土0.0038.00.0038.00.0038.0计算过程 1．计算条件： 该任务强度计算方法为：有效应力法 该任务运行条件为：正常运用条件 3级建筑物在正常运用条件情况下，由《碾压式土石坝设计规范》表8.3.10查得： 抗滑稳定安全系数容许值Ko＝1.300 渗流情况为：无渗流 2．地震作用： 该项任务不考虑地震作用！ 3．计算方法： 该任务采用计算方法为：仅适合圆弧滑动面的简化毕肖普法。 稳定安全系数按《碾压式土石坝设计规范》式D.2.1-1迭代计算得到。 4．计算结果： 土条几何及物理参数： 表中：b——土条宽度，kN/m2 α——土条底部水平斜角，度 c——滑动面粘聚力，kPa φ——滑动面摩擦角，度 U——孔压系数编号bαcφU10.39-14.47.2020.00.0020.80-12.57.2020.00.0030.80-9.97.2020.00.0040.80-7.47.2020.00.0050.80-4.97.2020.00.0060.80-2.47.2020.00.0070.800.17.2020.00.0080.802.67.2020.00.0090.805.17.2020.00.00100.807.67.2020.00.00110.8010.27.2020.00.00120.8012.77.2020.00.00130.8015.37.2020.00.00140.8017.97.2020.00.00150.8020.67.2020.00.00160.8023.37.2020.00.00170.6325.77.2020.00.00180.8028.25.3023.00.00190.8031.15.3023