问题描述:
局部土体的水力条件有哪些定义方法?
这些方法的含义如何?
解答:
土层中的静孔隙水压力(初始水力条件)由土层中的地下水位分布按照静水压力原理计算得到。一般在定义土层钻孔时定义了钻孔水位(即默认的初始总体水位),代表整个计算模型的水力条件(静孔隙水压力的分布)。
但有些情况下需要对某些局部土体设置与全局水位不同的水力条件,以模拟实际的施工工况。PLAXIS中可以通过以下几种方法定义局部土体的水力条件,如图1所示。
图1 土体的水力条件定义方法
1. 全局水位
默认情况,按照钻孔水位或者用户自定义的全局水位计算土体的静孔隙水压力(静水压力方法)。注意当前选中土体类组的水位以绿色显示。
图2 全局水位
2. 自定义水位
选择全局水位之外的其他水位(如用户水位)作为计算该土体初始静孔隙水压力的水位(静水压力方法)。比如,将水位以下要开挖的土体水位降至开挖面(以下)。
图3 自定义水位
注意:如果水位是水平的,则按照以上方法定义的土体水力条件所计算的静孔隙水压力(静水压力方法)是正确的;如果水位是非水平的,此时依然按照静水压力方法计算土体的静孔隙水压力,则其计算结果是不符合实际的,因为这种情况下非水平水位所定义的水力条件代表了存在水位差的边界条件,应该按照地下水渗流方法计算孔隙水压力分布,参见相关文章《渗流分析中定义的水位线与渗流浸润线相同吗?》。
3. 水头
用水头值代替一条水平的水位线(注意水位线处的孔隙水压力为零),参数yref(zref)代表水位线的高程(位置),土体的孔隙水压力由该水头值按照静水压力方法计算。
4. 用户自定义
如果土体类组内的孔隙水压力是线性分布,但不符合静水压力方法(即并非按照水位或水头计算孔压值),则可自定义孔压的分布及其大小。此时,需要输入参考孔压值Pref(注意压力为负值),参考位置yref以及孔压增量Pinc三个参数。
5. 内插
如果与当前土体类组相邻的上、下土体类组具有不同的水位(或水头),当前土体的孔压分布将不再遵循静水压力方法,此时可以由上、下土体类组孔压沿竖直方向按照线性插值计算当前土体的孔压分布。孔压计算从上部土体底部孔压至下部土体顶部孔压进行插值,如图4所示。一种典型的情况是位于两层含水层(水位不同)之间的相对隔水层中的孔压计算。
图4 内插法计算孔压分布
6. 干
如果土体类组中的水被“抽干”,即土体内不含水的情况下,使用该选项设定土体的孔压分布。在开挖类问题施工步中(如基坑开挖、隧道开挖),如果被开挖的土体位于水位以下,只将开挖土体单元冻结,孔隙水依然存在,因此需要单独将孔隙水“抽掉”,即设置开挖土体的水力条件为“干”。注意,此时周围其他土体类组的水力条件不受任何影响。一旦将土体设为“干”,则该土体类组将视为非多孔材料,即不会产生任何孔隙水压力,也不会发生地下水渗流。