GEO5暴雨工况计算方法

技术贴:GEO5暴雨工况和地震工况等设计 介绍了边坡暴雨工况分析的两种经验方法——折减岩土参数和提升地下水位。

视频:GEO5降雨入渗边坡稳定性分析 利用GEO5岩土工程有限元模块和GEO5土质边坡稳定性分析模块进行降雨入渗边坡稳定性分析,降雨入渗深度随时间变化的情况。

本文先以数值分析为例,对GEO5操作过程进行说明;然后介绍一下实际设计中常用的分析方法。

方法一:数值分析法

1.  打开GEO5岩土工程有限元模块,在【多段线】中导入边坡模型,在【分析设置】中将“分析类型”选择为“非稳定流”,并勾选允许采用稳定流分析为第一工况阶段输入地下水。

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2.定义岩土材料参数,并为相应区域指定材料。然后进行网格生成。

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3.在工况1中,定义初始渗流边界条件,分析边坡的初始渗流场。边坡左右边界可以指定为孔隙水压力边界,输入水位高程(可以在左侧标尺中查看高程),上下边界选择不透水边界,来分析边坡初始渗流场。

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4.在工况2中,为边坡指定降雨入渗相关的边界条件,可以用流入边界和孔隙水压力边界来表示边坡边界条件。

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孔隙水压力边界条件,需要输入孔隙水压力值,流入边界需要输入流速。这两个值是整个渗流分析中比较重要的值,其取值对结果影响比较大。降雨入渗是比较复杂的过程,刚下雨时,边坡是干的,降雨完全入渗;随着降雨继续,可能会在地表形成径流;降雨也是时大时下, 降雨时间较短的话,在边坡表面形成非稳定流;降雨时间较长的话,降雨会达到原有浸润面位置,形成新的浸润面。偏保守考虑的话,可以认为降雨完全进入边坡,用当地24h降雨量当做流速,也可以用24h降雨量换算成孔压输入,这都是偏保守考虑的。实际工程中也有经验计算方法,会在后面进行描述。

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5.定义渗流边界条件之后,在【分析】选项下,输入改工况阶段时间(当前工况的降雨时长,以天为单位),进行分析。也可以新增工况,分析不同时间的降雨入渗情况。

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6.打开计算书,将栅格山的点数据(栅格点的坐标,孔隙水压力)复制出来,筛选出降雨入渗的数据点(原有地下水孔压较大,根据坐标和孔压比较容易筛选)。处理数据之后,以孔压作为Z坐标,将点导入【三维地质建模】模块进行插值,绘制等高线,将等高线导出,这个等高线就是降雨入渗的孔压线。插值出来的等值线,最下有可能不太规则,可以手动修改一下,并且将Z轴归零待用(详细步骤参考视频讲解)。将处理后的等高线,导入一个新的边坡模块。

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导出等高线

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未处理等值线

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处理后等值线

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导入等值线到新的边坡模块

6.将有限元模块的边坡模型,用【编辑】菜单下的复制数据功能,将模型复制到边坡模块。然后,在【地下水】的地下水类型中,选择孔隙水压力,并将之前导入新边坡模块的等值线,复制、粘贴过来,并为每条等值线输入孔压。从三维地质建模模块导出的等高线的Z坐标就是孔压,可以进行查看(详细步骤参考视频教程)。这样,软件会对孔压等值线的孔压进行插值,相当于把渗流场考虑进来。

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7.分析

利用毕肖普法、瑞典条分法、不平衡推力法等对降雨入渗边坡进行整体稳定性分析。

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方法2:经验法

有限元分析会得到一个比较不错的效果图,比较方便进行论文编写或者项目汇报。实际项目中,工程师也有一些经验算法。

对于地勘报告中有暴雨工况的岩土材料参数的,直接用暴雨工况的岩土材料参数进行计算即可。这种方法考虑岩土材料饱和状态的强度折减,比较适合粘性土,也是一种常用的计算方法。

此外,还有等效考虑降雨深度的方法。这种方法又可以分为两种,一种是降雨工况比较长,降雨达到原有水位,这种可以提升浸润面;另一种是降雨比较短,只考虑入渗边坡表面一定距离的情况,这种可以用孔压进行计算。

降雨的入渗量有一个经验公式,即当地24h降雨量 X 降雨时间 X 0.1~0.3的入渗系数(渗透性强,边坡缓取大值),将降雨量换算成水位高度,根据这个可以提升浸润面,或者在边坡表面输入孔压。降雨量24h达到250mm就算特大暴雨了,再乘以入渗系数,没有多少水。主要是要防止边坡上,山上的水从边坡流过,这里需要设截水沟和排水沟,将山上的水排走。边坡、挡墙的排水措施施工到位,有时候比计算准确更有意义。

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