FLAC 非饱和流模型 (zone fluid unsaturated)

文摘   科学   2025-01-24 09:44   内蒙古  

1. 引言

FLAC的非饱和流模拟在最新版本中发生了较大变化,因此在【FLAC 改进的流体流动和热分析 (V9.10.5)】中描述的一些功能不再适用于新版本,下面简要概述了这些变化。

2. 非饱和流模型

首先,为了进行非饱和流模拟,需要配置流体计算模式:
model configure fluid-flow
然后设定固体材料模型及其属性和流体属性,常用的流体属性包括fluid-density, porosity, hydraulic-conductivity, fluid-modulus, permeability, biot等。对于非饱和流模型,最初使用的是saturation-suction关键字,现在则使用unsaturated指定网格点中使用的非饱和流模型,模型的每个网格点可以设置成不同的模型。当指定一个新的非饱和流模型时,饱和度将进行调整(如果可能),使其与现有的孔隙压力相一致。如果指定了截止非饱和流模型,而孔隙压力低于新指定的张力,则饱和度将减小为零,孔隙压力将设置为截止值。新版本删除了suction 和 fredlund-xing,增加了off。
zone fluid unsaturated
这个命令的关键字包括:

(1) brooks-corey

brooks-corey模型带有三个参数:fae fpsi <fcutoff >,只有当孔隙压力低于-fae 时,饱和度才会降低,饱和度下降按下式表示:
可选的 fcutoff 值指定了饱和度不能低于的限值,以防止出现无限负的孔隙压力结果,默认值为 1e-4。


(2) cutoff

cutoff带有两个参数:<fcutoff <ftension >>,孔隙压力不能低于ftension值。如果达到该值,孔隙压力会立即被设置为截止值,从那时起,任何进一步的流体体积移除都会导致网格点的饱和度下降,而孔隙压力则固定在截止值上。如果网格点再次达到完全饱和,张力将重新启动。fcutoff 的默认值为 0,ftension 的默认值与 cutoff 相同。


(3) gardner

gardner模型带四个参数:fa fn fref <fcutoff >,饱和度s按下式计算:

可选的 fcutoff 值指定了饱和度不能低于的限值,以防止出现无限负的孔隙压力结果,默认值为 1e-4。

(4) off
不支持非饱和流动。网格点的饱和度固定为 1.0,孔隙压力可以变成无限负值。


(5) table

孔隙压力和饱和度通过表 sname 的内容相关联。该表在x-轴上包含孔隙压力(正值),在y-轴上包含饱和度。为便于插值,孔隙压力值按指数变化。当孔隙压力值大于 0 时,假定饱和度为 1.0。


(6) van-genuchten

Van Genuchten模型带有三个参数:fn fm fref,饱和度s按下式计算
3. 应用
非饱和土中毛细压力(capillary pressure)的存在会对边坡的稳定性产生很大影响。毛细力能将细颗粒固定在一起,为土提供额外的表观内聚力。毛细力提供的表观内聚力通常会随着土饱和度的增加而减小。某些条件下,强度低、持续时间长的降雨事件可能对边稳定性有利,强度高、持续时间短的降雨事件可能会促进饱和度的积累并导致边坡破坏。下面的例子说明了降水入渗率 (rate of infiltration)与粉土边坡稳定性的关系【降雨对边坡稳定的影响---FLAC的两相流模拟】,通过对非饱和渗流进行数值模拟,显示了降雨强度和持续时间对边坡稳定性的影响

结果表明,如果土的毛细力产生的吸力足够大,降雨强度低、持续时间长的降雨事件不会对边坡稳定性造成损害;另一方面,降雨强度大、持续时间短的降雨事件则会导致边坡破坏,原因是土饱和度增加,同时毛细力强度降低,导致土内聚力下降。

梅大高速塌方路基示意图

计算岩土力学
2024年5月8日,《计算岩土力学》建立4周年啦!
 最新文章