土石坝渗流稳定分析软件(简化毕肖普法终稿)
土石坝渗流与稳定.
反滤层的设计：
算比较确定。一般要求反滤料的不均匀系数 <5~8；相邻两层间系数应满足：
反滤料一般采用比较均匀的抗风化砂、砾卵石或碎石。反滤层的级配和层数通过计
D40~ 60 8 ~ 10 d 40 ~60
对于被保护土的第一层反滤料，建议：
D15 / d 85 4 ~ 5 D15 / d15 5
流网图，提供坝体稳定分析、应力计算和排水设备选择之用
确定坝体与地基渗流量，以便估计水库渗漏损失和确定坝体排水的尺寸 确定坝坡出逸段与下游地基表面的出逸比降，以及不同土层之间的渗透坡降， 以判断该处的渗透稳定性 确定库水位降落时上游坝壳内自由水面的位置，估算由此产生的孔隙压力， 供上游坝坡稳定分析之用
常用的渗流分析方法：流体力学方法、水力学方法、流网法和试验法。
一 土石坝渗流的基本方程及其解法
（一）渗流的基本方程
土坝渗流为层流，渗流区内任一点满足拉普拉斯方程：
2H 2H kx ky 0 x 2 y 2
式中： k 、k 为 x、y 方向的渗透系数
x
y
（二） 渗流问题的水力求解
假设: 均质, 层流, 稳定渐变流. 应用达西定律(Darcy’s Law)，假定任一铅直过水断 面内各点的渗透坡降相等。如图示为一不透水地基上的矩形土体，此时过流断面上的平 均流速为：
y 2 he2 L x 2he
浸润线通过 E( x 0, y H1 ) 点:
H 1 he2 L 2he
he L2 H 12 L
有褥垫排水的渗流计算图
2
由此可得EODBA段的单宽流量：
k H 12 he2 q 2L
下游棱体排水：当下游无水时和褥垫式相同；当下游有水时，如下图所示，可将下游水位 以上部分按照无水情况处理。
rocscience
rocscienceSlide 是一个适用于土质边坡和岩质边坡稳定性的分析软件。
它具备一系列全面广泛的分析特性，包括支撑设计，完整的地下水（渗流）有限元分析及随机稳定性分析。
软件采用Windows 交互界面，支持CAD底图建模，不论问题简单或复杂，用户都可轻松、直观地进行分析。
Slide 2018是2018年初更新的一款在条分法的基础上根据极限平衡进行边坡的稳定性分析，适用于各种类型的土质和岩质边坡、堤防、土石坝和挡土墙。
同时Slide2018支持有限元地下水渗流分析、概率分析、多场景建模以及支护结构的模拟。
Slide提供不少于17种土和岩石的强度模型，包括摩尔库伦、各向异性模型和广义霍克布朗模型等。
边坡加固的支护类型包括：锚杆、端结型锚杆、土钉、桩和土工布。
Slide还具备反分析功能，帮助用户确定要达到预期的安全系数所需支护力大小。
在Slide软件，用户可以定义一个或几个圆心半径搜索区域，软件会自动搜索这些区域并计算出所有有效滑移面的安全系数并给出最小安全系数及滑移面。
用户可以手动定义搜索的圆心半径搜索区域，也可以让软件自动获得圆心和半径搜索区域，用户只需花极少的时间和设定就能得到可靠的计算结果。
Slide软件可以根据用户的定义，搜索出圆弧、非圆弧以及复合滑移面，同时软件还支持最新的智能搜索方法，用户只需要定义几个参数，软件就可以搜索出危险滑移面，大大简化了用户的工作量。
Slide具有强大的概率分析功能——几乎所有输入的参数都可以指定为统计分布，包括材料的参数、支护的参数、荷载和水位线位置都可指定为某种统计分析，从而计算边坡的失效概率或可靠性指数，为边坡风险设计提供客观依据。
参数敏感性分析帮助用户了解边坡安全系数对于哪一个参数的变化最为敏感。
Slide 2018更新内容1.改进的方案管理器可以轻松快速地在单个Slide文件中建立大型复杂的模型；2.采用新的滑面优化方法，处理非圆弧滑面搜索的效率提高10-15倍；3.在概率分析中加入空间可变性，以充分考虑土体内部的可变性；4.为三维边坡稳定性分析软件Slide3开发的新型各向异性材料本构模型；5.Newmark地震分析可以同时考虑刚性、耦合和非耦合方法；6.B-bar法计算水位快速骤降现适用于所有有效的材料模型；7.建模和后处理中，水压力网格和离散强度函数的处理速度和精度大幅提升8.在分层堆载路基强度计算中可采用SHANSEP模型9.在快速水位下降以及阶段地震分析中添加了Vandenberge 和Wright (2016) 插值方法10.滑面深度过滤器可以在路径搜索运行；11.读取DXF文件时如有错误会提示相应的错误信息；12.在软件中添加弧和圆选项以绘制多段线；13.液化分析，后处理中可以滑面上画出垂直应力和垂直有效应力14.修改了信息查看器中的Hoek-Brown参数显示；15.在信息查看器中添加了不排水强度插值方法16.软件中添加了图形查询对话框的滚动条；17.更新土壤剖面的工具提示；18.支持高分辨率显卡；7.0版本新增功能：Ø Sarma 非垂直条分法分析；Ø 直接运用钻孔数据辅助模型建立；Ø 一个文件夹里可建立多个模型；Ø 可进行桩的运动分析，并能够直接耦合RSPile文件；Sarma 非垂直条分法边坡安全系数分析及结果输出土坝迅速降水分析复合土工材料加固多层挡土墙分析水坝中瞬态地下水流分析围堰中的地下水流分析Slide 软件的特点：•圆弧、非圆弧及复合滑移面等多种滑移面的自动搜索；•Bishop, Spencer, GLE ⁄ Morgenstern-Price 等多种的极限平衡分析方法；•Sarma竖直、斜条分法，满足水平、竖直方向静力平衡与力矩平衡，适用于所有形状的滑移面；•摩尔-库仑、Hoek-Brown等，各向异性、非线性等多种材料破坏准则；•水位线、孔隙水压力系数、稳态有限元渗流分析等多种孔隙水压力分析方法；•材料参数的敏感性与概率分析，以及材料参数的反演分析；•先进的自动搜索滑移面方法，包括Grid Search、Slope Search、Auto Refine Search、Block Search、Simulated Annealing、Cuckoo Search等方法；•滑移面拉裂隙的自动搜索分析；•可以导入地质剖面数据，指定地表与模型界限，软件自动生成模型几何。
基于GeoStudio的土石坝坝体渗流与边坡稳定分析
基于Geo-Studio的土石坝坝体渗流与边坡稳定分析李振宇（辽宁润中供水有限责任公司，辽宁沈阳110020）［摘要］抗滑稳定性分析是土石坝设计过程中的重要内容。
文章以锦凌水库左岸土石坝为研究对象，利用Geo-studio软件中的Seep/w和Slope/w模块对大坝进行渗流分析与边坡稳定分析，结果显示，左岸土石坝不同工况下的边坡最小抗滑稳定安全系数满足规范要求。
［关键词］Geo-Studio；土石坝；渗流分析；边坡稳定性分析［中图分类号］TV698.2+33；TV641［文献标识码］A［文章编号］1002—0624（2019）04—0003—03Geo-Studio软件是一款面向工程设计领域的仿真分析软件，是美国GEO-SLOPE公司开发的工程分析软件[1]。
该软件主要由应力变形分析模块（Sigma/w）、地下水渗流分析模块（Seep/w）和边坡稳定分析模块（Slope/w）等诸多限元分析子模块构成[2]。
其中，Seep/w模块的主要功能是对非饱和和不均匀饱和条件下的孔隙水压力和水运动情况进行分析，进而通过渗流有限元计算进行稳态和瞬态分析；Seep/w是软件中的边坡稳定性分析模块，其主要特征是可同时采用八种方法对各种边坡稳定性问题展开分析。
同时，这些子模块具有高度兼容性，可以在同一操作界面运行，以便用户可以同时对水利工程问题如渗流、稳定、应力变形等进行方便、准确的数值模拟分析。
1工程背景锦凌水库工程是辽宁省重点建设的水利工程，坝址位于锦州市太和区后山河营子村的小凌河干流上，下游距锦州市中心9.5km，水库总库容8.08×108m3，主要承担锦州市的防洪和供水任务，同时并兼顾改善地下水环境，一座综合性大（2）型水利工程[3]。
锦凌水库枢纽是以土坝为基本坝型的混合坝，主要由挡水坝段、溢流坝段、底孔坝段、引水坝段及连接建筑物构成[4]。
大坝坝顶高程164.80m，最大坝高91.5m，坝长1148.0m[5]。
基于ABAQUS的某土石坝坝坡稳定性分析
1引言土石坝稳定性分析常用的方法主要是极限平衡法和有限元法。
极限平衡法以毕肖普法、摩根斯顿-普赖斯法、Spencer法、Sarma法、楔形体法等[1-4]为代表，有限元法以强度折减法[5]为代表。
随着土地本构模型（摩尔库仑模型、邓肯张模型、Drucker-Prager模型等）理论应用成熟和有限元软件开发应用，强度折减法越来越多地应用到工程实际，为工程设计提供印证，如边坡、坝坡、隧道、基坑等有限元分析，并趋于成熟。
近年来，国内学者对强度折减法的应用开展了大量工作：李小春[6]采用强度折减法对边坡的多滑面进行了模拟，认为该方法得到的多级滑动面与现场监测数据吻合较好。
王曼等[7]采用ABAQUS软件的强度折减法分析了边坡的稳定性，确认其计算结果的合理性。
王作伟等人[8]采用强度折减方法计算了边坡的极限上限，对比验证强度折减法与传统极限平衡法具有良好的适应性。
雷艳等[9]采用强度折减法对土石坝坝坡进行稳定分析，得出的安全系数与塑型区域可为工程提供借鉴。
以上研究均取得了较好的研究成果，表明强度折减法用于工程实际分析边坡、坝坡稳定性是可行合理的。
故本文基于以上研究，采用ABAQUS软件结合强度折减法对某均质土石坝进行稳定性分析计算，并从水利工程建设管理的角度，浅析建设管理对工程质量的控制。
2强度折减法所谓强度折减法是指给一强度折减系数F r[10]，采用公式（1）和（2）将土体抗剪强度指标进行降低，导致土体逐渐失稳，土体单元发生塑性变形，当临界失稳时，折减系数就是边坡对应的安全系数。
具体公式如下所示：c m=c/F r（1）φm=arctan（tanφ/F r）（2）式中，c和φ为土体的抗剪强度指标（粘聚力和内摩擦角）；c m和φm是折减后的抗剪强度；F r是强度折减系数。
强度折减法精髓在于降低土地的抗剪强度指标，使土地单元应力不能配套而失稳。
3土石坝稳定性分析某均质土石坝，最大坝高100m，正常蓄水位在坝高90m处，坝顶宽8m，上下游坡比为1∶3√，坝体材料密度为2200kg/m3，强度参数如表1所示。
某土石坝加固前后渗流及稳定性分析
安徽建筑中图分类号：TU476+.9文献标识码：A 文章编号：1007-7359（2023）6-0114-03DOI:10.16330/ki.1007-7359.2023.6.0431工程概况某水库工程位于贵州省，流域集水面积256km 2，另有蓄洪面积21.5km 2。
工程以防洪、灌溉为主，兼顾发电、水产养殖、旅游等综合效益，防洪保护面积约1166.7hm 2，灌溉面积约2253.3hm 2，电站装机3320kW 。
该水库工程由多个水工建筑物组成，包括主（副）坝、溢洪道、涵洞等。
副坝原设计为斜墙坝，坝顶为泥结石路面，上游侧有“L ”型的防浪墙，高约0.9m ，坝顶宽5.0m ，坝顶高程727.4m ，防浪墙高程728.3m ，上游坝体为粘土斜墙（γ≥1.4t/m 3），上游坝坡的护坡材料为预制混凝土块，坡度比为1.0∶2.0；下游坝体为碾压风化砂岩石渣（γ≥1.95t/m 3），坡比为1.0∶1.5。
该工程于1999年3月通过蓄水验收，现经安全性鉴定发现该项目有五座副坝的坝坡抗滑稳定性不满足规范要求，需要对该水库进行除险加固设计。
本文以1#副坝为研究对象，分别对加固前后的渗流及坝坡稳定性进行计算分析。
2渗流及坝坡稳定性计算 2.1渗流计算2.1.1计算参数及原则依据《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）[1]的相关规定，土石坝渗流计算的主要目的是通过渗流计算确定浸润线和渗流量，确定渗透比降是否满足规范要求。
本次结合坝体土工物理力学试验，同时考虑该水库已运行多年的实际情况，类比该区工程经验[2-3]，参考上述《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）取值原则，考虑坝土压实后物理力学参数（尤其是凝聚力）提高幅度较大，但同时饱和状态对凝聚力影响（折减）较大，综合提出岩土体物理力学参数建议值（表1）。
2.1.2计算工况本次计算依据《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001），确定以下四种计算工况。
基于comsol multiphysics的土石坝边坡渗流稳定数值研究
信息化
水利 ｉｓｓｎ １００８￣１３０５ ２０２０ ０３ ０２０
基于 ＣＯＭＳＯＬ Ｍｕｌｔｉｐｈｙｓｉｃｓ 的土石坝边坡
渗流稳定数值研究
李 辉１ ꎬ 陈大雷２ ꎬ 贾 璐１
(１ 淮安市水利工程建设管理服务中心ꎬ 江苏 淮安 ２２３００１ꎻ ２ 江苏淮源工程建设监理有限公司ꎬ 江苏 淮安 ２２３００９)
１０
—
４０００
—
—
于正常蓄水位的边界设置为混合边界条件ꎮ
０ ２８
７５０
１０
１０
—
备注
４０００
表 ２ 坝体物理参数
干密度
含水量
湿密度
饱和密度
坝体土料
１ ６６
１７ ４
１ ９５
２ ０５
—
—
２ ２９
２ ２９
坝基砾岩
排水棱体
—
—
—
—
２ ４６
２ １０
两侧及坝基底部设置为第二类边界条件ꎮ 在下游低
土石坝由于其结构适用性强、 经济性好等原因
被广泛应用ꎬ 同时由于其结构主体因素导致渗流破
２ 模型建立
坏一直是土石坝面临的问题ꎬ 引起相关领域专家的
ＣＯＭＳＯＬ Ｍｕｌｔｉｐｈｙｓｉｃｓ 软件是瑞典 ＣＯＭＳＯＬ 公
关注 [１￣３] ꎮ 数值研究在渗流问题方面一直是研究的
[４]
提出有限单元法应用渗流计算ꎬ
信息化
２０２０ 年第 ３ 期
水利技术监督
数ꎬ 见表 １ꎮ 利用 ＣＯＭＳＯＬ Ｍｕｌｔｉｐｈｙｓｉｃｓ 软件中的解
同ꎬ 最小单元质量为 ０ ４５ꎬ 平均单元质量为 ０ ９２ꎬ
线和相对渗透曲线的关系曲线ꎬ 分别如图 １—２ 所
基于ANSYS的土石坝稳定渗流场的数值模拟
基于ANSYS的土石坝稳定渗流场的数值模拟一、本文概述随着水利工程的日益发展，土石坝作为一种重要的水利结构，其稳定性与安全性受到了广泛关注。
渗流是土石坝中普遍存在的物理现象，对坝体的稳定性产生深远影响。
因此，对土石坝稳定渗流场的深入研究和分析具有重要的工程实践意义。
本文旨在利用ANSYS这一强大的工程模拟软件，对土石坝的稳定渗流场进行数值模拟，以期更准确地理解渗流对土石坝稳定性的影响，并为土石坝的设计、施工和维护提供理论支持和实践指导。
本文将简要介绍土石坝及其渗流现象的基本概念，阐述稳定渗流场研究的重要性和必要性。
然后，详细介绍ANSYS软件在水利工程中的应用，以及其在土石坝稳定渗流场数值模拟中的优势。
接下来，本文将详细描述数值模拟的过程，包括模型的建立、边界条件的设定、计算参数的选择等。
通过对模拟结果的分析和讨论，揭示土石坝稳定渗流场的特征和规律，为土石坝的安全稳定运行提供理论支撑。
本文的研究不仅有助于深化对土石坝渗流规律的理解，也有助于提升水利工程的设计水平和施工质量，为保障水利工程的安全运行提供有力支持。
二、土石坝渗流基本理论土石坝是一种利用当地石料、土料或混合料，经过抛填、碾压等方法堆筑成的挡水建筑物。
在土石坝的运行过程中，渗流是一个不可忽视的物理过程，它关系到坝体的稳定性和安全性。
因此，对土石坝渗流的基本理论进行深入研究，对于保障坝体安全、优化坝体设计具有重要意义。
渗流是指液体在固体骨架中通过孔隙或裂隙流动的现象。
在土石坝中，渗流主要受到重力、孔隙水压力、坝体材料性质以及边界条件等因素的影响。
当库水通过坝体向下游渗流时，会形成一定的渗流场。
这个渗流场是一个三维的空间分布，其中包含了渗流速度、渗流压力、渗流量等多个物理量。
土石坝的渗流场分析通常采用达西定律来描述渗流速度与渗流压力梯度之间的关系。
达西定律表达式为：v = -k * (dP/dx)，其中v为渗流速度，k为渗透系数，dP/dx为渗流压力梯度。
基于Geostudio土石坝渗流稳定分析
基于Geostudio土石坝渗流稳定分析邹韬;张本权;左恒奕【摘要】土石坝的渗流问题和坝坡稳定问题对大坝安全至关重要,以我国西南某水库的土石坝为例,采用Geostudio软件中的SEEP/W模块和SLOPE/W模块对土石坝进行渗流稳定分析,以期为同类型工程大坝渗流稳定安全评价提供参考.【期刊名称】《水利科技与经济》【年(卷),期】2018(024)010【总页数】6页(P12-17)【关键词】Geostudio;土坝渗流;坝坡稳定【作者】邹韬;张本权;左恒奕【作者单位】三峡大学水利与环境学院,湖北宜昌 443002;福建省水利水电工程局有限公司,福建泉州 362000;贵州省水投水务集团有限公司,贵阳 550002【正文语种】中文【中图分类】TV2221 概述土石坝工程有施工简便、料源丰富、地质条件要求低、造价便宜等诸多优势，因此成建数量极多，约占建坝总数的95%以上，是水利水电工程中极为重要的一种坝型。
由于土石坝施工工艺特点，其渗流问题和坝坡稳定问题是影响大坝安全的关键所在[1]。
当渗流流速或渗透比降高于某固定限值时，可能发生坝体或坝基岩土体变形。
目前，土坝渗流分析及坝坡稳定分析大多采用有限元方法[2]。
本文以我国西南某水库为例，用 Geostudio 对大坝进行有限元渗流稳定分析，以期为同类型工程的渗流稳定计算提供参考。
2 工程概况该水库位于澜沧江中下游河段，属于大型水库，大坝为心墙堆石坝，正常蓄水位812.00 m，设计洪水位(P=0.1%)810.90 m，校核洪水位(P=0.02%)817.99 m。
大坝最大坝高261.5 m，坝顶高程821.50 m，坝顶宽18 m，上游坝坡坡度1∶1.9，下游坝坡坡度1∶1.8。
3 计算原理3.1 SEEP/W 模块SEEP/W模块是GeoStudio软件的模块之一，SEEP/W 软件适用于分析岩土体地下水渗流和超孔隙水压力消散问题。
它可以便捷分析各种工况的饱和渗流、非饱和渗流、稳态渗流、瞬态渗流等，可以定义渗流的各项异性，通过瞬态分析，可以得出不同时刻不同点的孔隙水压力分布状况，其结果可以被用于SLOPE/W研究边坡、路堤稳定性随时间变化关系。