渗流边界条件的定义专题

网络培训-渗流边界条件的定义北京迈达斯技术有限公司岩土事业部刘昕

涉及工程类型及NX特色功能基本理论知识GTSNX中的实现涉及工程类型涉水边坡工程：高填方路基、大开挖路堑、放坡开挖坝体（水利水电工程、矿山尾矿库工程）（2015年9月15日网络培训土石坝专题）基坑降水工程固结（2015年7月24日网络培训软基专题）DamDeepExcavationRetainingwallTunnelConsolidatinglayer实体3,250个单元394,100个节点75,112个单元网格组1,004个施工阶段数量700阶段为支持千万级别单元数量的模型，提供全新的64位程序框架及高性能图形引擎实体526个单元511,973个节点80,903个NX1大数据+大体量程序分割速度GTS20秒(38个失败)GTSNX5秒(100%成功)实体115个程序分割速度GTS39秒(5个失败)GTSNX22秒(100%成功)程序分割速度GTS89秒(成功)GTSNX不到1秒(100%成功)90%64位求解器+GPU加速技术NX2速度326.5秒21.7秒93%GTSGTSNX176秒39秒78%GTSGTSNX开发了高性能并行网格划分单元网格引擎创新性的缩短了网格划分时间(全球最新)实体62个单元11万个节点16万个实体142个单元195万个节点34万个NX3接口2D/3DCADParasolidGen&CiVil支持的外部文件格式有：Parasolid(10to24)(*x_t;*.xmt_txt;*.x_b;*xmt_bin)ACIS(tpR23)Files(*.sat;*.sab;*.asat;*.asab)STEP(AP203,AP214)Files(*.stp;*.step)IGES(Upto5.3)Files(*.igs;*.iges)Pro-E(16toWildfire5,Creo2.0)Files(*.prt;*.prt.*;*.asm;*.asm.*)CATIAV4(CATIA4.1.9to4.2.4)Files(*.model;*.exp;*.session)CATIAV5(R6toR22)Files(*.CATPart;*.CATProduct;*.CGR)SoilWorks(98to2013)Files(*.sldprt;*.sldasm)Unigraphics(11to18,NXtoNX8)Files(*.prt)InventorPart(6to2013)Files(*.ipt)inventorAssembly(11to2013)Files(*.iam)NX4复杂曲面建模[利用电子地形数据生成地表数据模式][利用勘探资料生成地表+地层模式]定义地层面建模助手中，通过导入Excel文件，定义地层面信息。'输入'功能可以将多个钻孔信息一并导入。地层面按平面名称，修正钻孔深度生成。默认四面体混合网格生成器映射网格NX4网格GTSNX支持多种网格划分形式混合单元(四边形表面)四面体单元(三角形表面)六面体单元金字塔单元(六面体-四面体间过渡)四面体单元

六面体单元

金字塔单元

四面体单元

棱柱体单元[混合网格的网格构成分布]高品质混合网格(HybridMesh)可提供优秀的分析结果

(所有分析中均可使用混合网格)六面体网格+绑定焊接+植入式单元NX5植入式单元NX6材料参数数据库支持用户自定义（C：\ProgramFiles\MIDAS\GTSNX\Dbase）。用户可以添加或修改*.gdb文件。该文件可以通过文本编辑器（如Notepad）打开）。用户可以将常用参数指定为默认的材料。NX7自动连接+自动印刻印刻点[自动生成实体单元间的共享面的功能]自动生成实体单元间共享面的功能和自动印刻功能，可缩短建模时间和减少建模失误[穿过实体单元的线单元可自动在单元表面印刻的功能]渗流量渗透变形土石坝防渗斜墙及铺盖浸润线透水层不透水层土石坝坝基坝身渗流渗流滑坡渗流滑坡22渗水压力渗流量渗透变形透水层不透水层基坑板桩墙板桩围护下的基坑渗流23渗流量透水层不透水层天然水面水井渗流漏斗状潜水面Q渗流量原地下水位渗流时地下水位渠道渗流水位渗流基本理论知识达西定律

平面渗流二维流网—等势线、流线确定渗流场内各点的测管水头h的分布基本方程边界条件定解条件其它各量边界条件第一类边界条件给定位势函数或水头分布,称水头边界条件第二类边界条件在边界上给出位势函数或水头的方向导数,称流量边界条件平面渗流二维流网—等势线、流线连续性条件：稳定流，土骨架不产生变形，流体不可压缩，微单元体流出水量和流入水量相等Laplace方程1）势函数和流函数均满足拉普拉斯方程2）势函数等值线和流函数等值线正交，任一点两线的斜率互成负倒数3）势函数和流函数为共轭调和函数，两者完备地描述了一渗流场+d+dba等势线流线GTS中的流动基本方程连续性条件：任意位置、任意时刻微小体积的流入和流出的变化量与体积含水量的变化量相同Q:流量Θ：体积含水率稳态与瞬态区别：体积含水率是否随时间变化总水头：（测管水头）伽辽金法分析方法：稳态、瞬态（H总~t）稳态：内部及外部边界条件不随时间变化瞬态：内部及外部边界条件随时间变化渗流边界条件：节点水头、渗流面节点流量、曲面流量工法工况模拟：坝体渗流、基坑降水定义孔隙水压力分布的两种方法指定节点水头指定水位线/面总水头=位置水头+压力水头，水位处（自由水面处):压力水头=0全水头<位置水头时Q=0,单元节点上，自动赋予的位置水头值大于节点上输入的整体水头时，将自动删除相应节点上输入的水头边界。该功能适用于水位变化过程中设定节点水头可能会出现与实际不符的情况e.g.坝体迎水面水位骤降，但坝体内水位并不随之立即下降，维持高水位一段时间节点水头节点水头适用于预先知道水位位置的情况。可以模拟不形成自由水面（phreaticsurface）的承压流（confinedflow）或模拟形成浸润面的自由流动（unconfinedflow）。水头法(可定义随时间变化）水位法（不能定义随时间的变化），但可以定义多个水位线/面在渗流分析中，水位（水头）位置模糊的情况下，可以设置渗流面边界条件。在设置的渗流面边界条件的节点上；渗流面1)计算的孔隙水压小于0的情况下，自动删除相应节点上的边界条件。2)计算的孔隙水压大于0的情况下，孔隙水压设置为0。

通过如此重复计算，自动搜索最初孔隙水压等于或大于0的节点位置，其位置马上成为渗出面。节点/曲面流量“+”流入，降雨“-”流出，抽水曲面流量如果q（曲面流量）>Ksat（渗透系数），则总水头=位置水头。在土层的地表吸收降雨的能力大于降雨强度时，土层可以全部吸收降雨。但在土层地表可以吸收降雨的能力小于降雨强度时，只有部分降雨量按土层的吸收能力被地表吸收，其余的的降雨量将沿着地表面流动。当降雨强度大于地表面可以吸收的能力值时，勾选[如果q>Ksat，总水头=位置水头]，因为地表面的边界在降雨期间为饱和状态，类似于地下水位存在于表面上，所以应当把降雨的区域变更为水位线，自动将地表的边界条件修改为水位条件来执行分析。渗流（稳态、瞬态）应力-渗流-边坡Tips：瞬态分析前需要有稳态作为初始状态；包含渗流及应力分析的施工步骤，渗流分析均将提前优先计算，再将结果导入应力分析。完全应力渗流耦合＊非饱和特性经典土力学基于饱和土体理论非饱和土体：具有负孔隙水压力（即基质吸力）的土，而基质吸力与含水量有关，含水量/饱和度和基质吸力的关系称为水土特征曲线（SWCC）渗透系数和基质吸力的关系水力渗透系数特征曲线基质吸力：s=ua-uwua：孔隙气压力uw：孔隙水压力当土壤水处于饱和状态时，其含水率为饱和含水率θs，而吸力S为零。非饱和土中渗透系数k不是常量，而是饱和度的函数，或者说是基质吸力的函数——渗透性函数非饱和土的抗剪强度随着饱和度的变化而改变——水土特征曲线Fredlund非饱和土抗剪强度公式毕肖普非饱和土抗剪强度公式水土特征曲线渗透系数函数独立：直接定义关于压力水头的渗透系数函数、含水率函数渗透系数函数VanGenuchten(应用最为广泛）含水量函数VanGenuchten