GeoStudio SLOPE3D 水位下降分析
简介
此示例复制了 SEEP/W 和 SIGMA/W 中说明的“快速降水”示例。此示例的目的是演示使用 SEEP3D 分析的孔隙水压力结果进行稳定性分析所需的步骤。有关快速降水背景的更多信息，请参阅 SEEP/W 或 SIGMA/W 示例。使用三维 (3D) 孔隙水压力获得的稳定性结果与原始二维 (2D) 分析的结果进行比较。
数值模拟
2D SEEP/W 分析的问题配置如图 1 所示。路堤高度为 10 m，边坡为 2:1，位于 10 m 的地基土上。水库深度为 9 m。下游趾部有一个颗粒状的地下排水管，可使水位与下游地面高程保持相同，距离路堤趾部 5 m。地下排水管用零压力头边界条件表示。
图 1. 包括材料和边界条件的 2D 问题配置
为了说明此示例，路堤和地基土被定义为具有相同的材料特性。饱和导水率为 0.1 m/天，压缩率为 0.0002 /kPa。在 SLOPE/W中，使用莫尔-库伦材料模型，单位重量为 20 kN/m3，内聚力为 5 kPa，Phi 为 30⁰。
稳态渗流分析定义了初始条件，其中水库水位设置为总水头 19 m。子瞬态渗流分析模拟了水库水位在 5天内的下降过程。用于模拟降水的时间相关总水头边界条件如图 2 所示。为了监测水库降水后路堤的孔隙水压力响应，瞬态分析持续时间设置为 30 天。
图 2. 降水期间水库高程随时间变化
通过添加一个 SLOPE/W 分析作为瞬态 SEEP/W 分析的子级来创建 2D 稳定性分析。稳定性分析的孔隙水压力条件取自父级 SEEP/W 分析中的所有时间步长。入口-出口滑动面定义在从右到左的方向，以确定随着水库排空和路堤中的孔隙水压力发生变化，上游边坡的安全系数。
定义 2D 分析后，将一个 3D 几何体添加到项目文件中，该几何体与两个 SEEP3D 分析相关联。这些SEEP3D 分析具有与 2D 渗流分析相同的配置，即一个是稳态父级分析，另一个是持续 30 天的瞬态子级分析。通过将 2D 稳态渗流分析导入 BUILD3D 来创建 3D 几何体。这会自动创建二维横截面的 1 米拉伸。为了将拉伸扩展到 10 米，已编辑设计历史记录列表中的拉伸项（图 3），并将拉伸条块设置为 10米。
图3.修改BUILD3D中的默认拉伸距离
在 BUILD3D 中，使用剖面工具生成 2D 横截面，该横截面会产生沿该剖面的 3D 结果，以便在 2D 分析中使用。在剖面命令中，通过将方向 X、Y、Z 值设置为 {0,0,1} 来定义一个垂直 XY 平面，偏移量为 5 米，以便剖面穿过 3D 几何体的中间。原点 X、Y、Z 坐标设置为 {0m, 0m, 0m}，以确保 2D 横截面将与 SLOPE/W 分析中的 X、Y 原点 {0m ,0m} 对齐（图 4）。
图 4. 在 BUILD3D 中创建剖面以生成 2D 几何体
一旦创建，该剖面将列在 BUILD3D 的几何剖面树中。选择新剖面并使用生成命令会在 3D 父几何体下生成一个 2D 子几何体。现在可以将 SLOPE/W 分析添加到 2D 几何剖面，以模拟 3D 孔隙水压力响应对稳定性的影响。此 SLOPE/W 分析与项目文件中的其他 SLOPE/W 分析具有相同的属性，但孔隙水压力由 3D 瞬态渗流分析定义，方法是在下拉菜单中使用“其他 GeoStudio 分析”选项（图 5）。
图5. 为 2D 稳定性分析选择 SEEP3D 分析孔隙水压力结果
结果和讨论
图 6 和图 7 分别显示了在 2D 和 3D 瞬态渗流分析中，在降水开始后 2 天，超孔隙水压力的消散情况。在此时间步长，两个分析中的水流都流向水库的上游路堤边坡和下游方向的排水管。每个瞬态分析中沿路堤中心的孔隙水压力响应如图 8 所示。正如预期的那样，在 2D 和 3D 分析中都看到了类似的孔隙水压力响应。
图 6. 2D 渗流分析中降水开始后 2 天的孔隙水压力条件
图 7. 3D 渗流分析中降水开始 2 天后的孔隙水压力条件
图 8. 2D（左）和 3D（右）分析中，路堤中心孔隙水压力响应随时间的比较
在建模持续时间内，安全系数的临界值从未低于 1.0（图 9）。总体而言，SLOPE/W 分析产生了类似的结果；然而，在第 4 天和第 5 天左右计算出的安全系数存在细微差异。这是因为在从 SEEP3D 分析中导入孔隙水压力结果时，SLOPE/W 中应用了较粗糙的网格。
摘要和结论
此示例说明了将孔隙水压力结果从 SEEP3D 导入到二维 SLOPE/W 分析中的过程。模拟孔隙水压力和随时间推移的安全系数的比较表明，二维和三维渗流分析产生了类似的结果。
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