由2D转换为3D的渗流和稳定性分析(Groundwater Seepage and Stability Analysis)

1 引言

就像在过去两周大家看到的，《计算岩土力学》公众号在未来一个月内将把注意力集中在与 地下水和液化 的两个密切相关的话题，以应对正在进行的尾矿坝项目，涉及的数值模拟软件可能包括Geostudio (Slope/W, SEEP/W, Sigma/W, Quake/W)；Rocscience (Slide2, Slide3, RS2, RS3)以及Plaxis2D和Plaxis3D，在目前的计划中，暂时不考虑使用Itasca软件，如FLAC2D和FLAC3D。

SEEP/W的计算结果【 渗流分析的输入参数(Seepage Analysis) 】可以直接用于Slope/W的稳定性分析，但如何导入到SLOPE3D【 边坡稳定性分析---SLIDE3与SLOPE3D的比较 】目前还没有进行过试验。本文讨论了把SEEP/W模型转换到Slide2【 地震载荷作用下的边坡稳定性分析(Seismic Loading) 】进行渗流分析，然后把Slide2项目导入到Slide3【 带有软弱夹层(Weak Layers)的采矿边坡稳定性分析 】的步骤。

2 Slide2渗流分析

Slide2只能导入SEEP/W模型的几何形状，不能导入材料参数。我们只导入Regions和Material Boundary，其它层对建立模型没有用处。对于一些复杂的dxf图形，层的导入是一个很有技巧性的问题，最好的方法是在AutoCAD中作好，否则导入后再处理将会变得很麻烦，特别是导入钻孔剖面图，因为Slide2是一个计算软件，没有AutoCAD中’层和块’的概念。

Slide2有6种处理地下水的方法：

(1) 水位(Water Surfaces)

(2) Ru系数(Ru Coefficients)

(3) 水压力网格--总头(Water Pressure Grid (Total Head))

(4) 水压力网格--压力头(Water Pressure Grid (Pressure Head))

(5) 水压力网格--孔隙压力(Water Pressure Grid (Pore Pressure))

(6) 稳态有限元(Steady State FEA (Finite Element Analysis))

在【 建立基于孔隙水压力观测数据的稳定性分析模型 】中使用了(5)水压力网格， 为了与SEEP/W的计算结果相比较，使用(6) 稳态有限元方法。 稳态有限元方法的计算步骤与SEEP/W的计算步骤基本相同，主要的差别是水力性质的设置方法。Slide2内置了5种水力性质设置方法：

3  Slide3渗流分析

Slide3的主要目的是进行稳定性分析，它与SEEP3D的功能不同，不考虑渗流过程，仅计算孔隙水压力或导入 RS3计算的孔隙水压力 。Slide3可以直接导入Slide2的项目文件，地下水的处理方法仅有三种：

(1) 水位(Water Surfaces)，Slide2的项目能够直接导入水位，或者使用Borehole manager输入【 使用二维和三维钻孔管理器建立边坡模型(Borehole Manager) 】

(2) Ru系数(Ru Coefficients)

(3) 水压力网格--孔隙压力(Water Pressure Grid (Pore Pressure))

Slide3不进行稳态有限元分析，因而这个稳定性分析过程非常简单， 下图所示的孔隙压力分布和安全系数。

4 结束语