UDEC流固耦合-边坡渗流实例解析
岩体节理边坡的稳定性受边坡后面水位所影响。本例中，水位阶段升高直到边坡失稳，当节理内的流体压力增加（节理内的有效正应力降低）以至于边坡面节理的抗剪强度达到极限时，边坡产生破坏。
包含规则节理边坡的几何模型见图8.1。水位在坡址按四个阶段逐渐升高，四个阶段的水位高程分别是6m、8m、9m和10m。在每一阶段均进行一个稳定流体的分析。
图8.1节理边坡渗流问题的几何体
假定下面的材料参数为节理边坡的岩体参数。
8.2 UDEC分析UDEC分析模型见图8.2, 本问题通过设置SET flow steady命令进行稳定流模拟,水位的上升采用BOUND pp pygrad命令改变每个阶段的流体压力梯度来实现.数据文件见8.3节.
首先,边坡在重力荷载下达到平衡,然后在右侧的水位上升到坡址上高度6m处;左侧的水位保持在坡址的水平上,在这个流体压力条件下,边坡是稳定的.此条件下的稳定流态见图8.3.
接下来,右侧的水位上升到8m,8m水位高度条件下稳定流态见图8.4.系统再次达到平衡.然后水位上升至9m.流体状态见图9.5,边坡仍旧保持稳定.
最后,水位达到边坡的顶部,此条件下的流态见图8.6.在10m水位时,边坡滑动,见图8.7的岩石楔形体.
注意.本问题采用了命令SET delc off进行设置,它将阻止接触后面破坏的岩石楔形体被删除,否则,与这些接触相关的区域将变成外部区域,并且流体压力将会消失. 当楔形体产生大位移时.这将很难确定实际的流体压力.保守的估计是假定流体压力没有消.
Example 8.1 SLOPEFLO.DAT ; ================================================ ;
; --- fluid flow test run --- ; --- slope : 10 m high --- ;
; --- 2 joint sets : 20 and 80 deg. ; friction = 30 deg. ;
; --- r.h.s. water level : 6 m --- no failure ---
; 8m ; 9m ;
10 m --- failure --- ;
; ================================================ ; round 0.05 ;设置倒圆角数值 set delc off
;设置破坏体不被删除 ;
block 0,-5 0,0 5,0 11,10 22,10 22,-5 ;定义问题几何体的外轮廓 ;节理切割块体
jset 20,0 100,0 0,0 2,0 (5,1) ;倾角20
jset 80,0 100,0 0,0 3,0 (5,0) ;倾角80 ; del area 0.1
;删除面积小于0.1的块体 ;;plot block ;显示块体 gen auto 10
;生成变长10的三角形单元
;;plot block zones ;显示单元划分网格 ;参数设置
prop mat=1 dens=0.0025 k=16667 g=10000 prop mat=1 jkn=10000 jks=10000 jfric=45.0 prop mat=1 jperm=1.0e8 azero=0.0005 ares=0.0002 ;
change jmat=1 jcons=2 ;初始应力条件
insitu str -0.125 0 -0.25 ygrad 0.0125 0 0.025 ;边界条件
bound xvel=0 range -1,1 -6 1 bound yvel=0 range -1,31 -6 -4 bound xvel=0 range 21,23 -6 11 ;设置重力加速度 grav 0 -10
;记录时步和点的位移、不平衡力 hist n=100 xdis 11,10 ydis 11,10 hist unbal ;求解和保存 solve rat 1e-5 save slfl1.sav ;查看计算结果 ;plot block dis yel
;plot hist 1 ;plot hist 2
; -------------------------------------- ;
; flow --- r.h.s. water at y=6m ;
; --- no failure --- ;
; -------------------------------------- fluid dens 0.001 ;流体密度
bound imperm range -1,31 -6 -4 ;不可渗透边界
bound pygrad -0.01 range -1,1 -6 1 ;左侧水位0,x=0,y=-6~1
bound pp=0.06 pygrad -0.01 range 21,23 -6 6 ; 右侧升高水位到6m,x=22,y=-6~6 ;
set flow steady ;设置稳定流 ;
hist xdis 5.92 1.54 ydis 5.92 1.54 ;记录点位移 reset displ jdis prop mat=1 jfric=25 cyc 500
save slfl2.sav ;计算结果显示 ;plot bl vf yel 显示流体矢量-黄色 ;plot bl dis yel 显示块体位移 ;plot bl pp yel 显示节理孔隙水压力 ; -------------------------------------- ;
; flow --- r.h.s. water raised to y=8m ;
; --- some slip, but no block failure --- ;
; --------------------------------------
bound pp=0.08 pygrad -0.01 range 21,23 -6 8 cyc 500 save slfl3.sav ;
;plot bl vf yel 流体矢量-黄色 ;plot bl pp red dis yel
同时显示孔隙水压力(红色)和位移(黄色) ;plot bl sh yel
显示节理剪切位移数量 ; --------------------------------------
;
; flow --- r.h.s. water raised to y=9m ;
; --- no failure --- ;
; --------------------------------------
bound pp=0.09 pygrad -0.01 range 21,23 -6 9 cyc 1000 save slfl4.sav ;
; -------------------------------------- ;
; flow --- r.h.s. water raised to y=10m ;
; --- failure --- ;
; --------------------------------------
bound pp=0.10 pygrad -0.01 range 21,23 -6 11 cyc 15000 save slfl5.sav return