• Мы доступны в любое удобное для вас время
  • Адрес: 197342, Санкт-Петербург, пр.Медиков дом 5 БЦ "Карповка"
  •   +7 (812) 309-89-08  +7 (499) 703-31-43

15. Дамба с дренажем у подошвы

15. Дамба с дренажем у подошвы

Полное описание
В данном пособии моделируется работа дамбы с горизонтальным дренажем в основании с использованием конечно-элементного анализа фильтрации грунтовых вод. Такие дренажи часто используются для предотвращения капиллярного поднятия воды по ходу наклонной поверхности откоса. SLIDE можно применять для тестирования эффективности различных дренажных конфигураций.

Готовый расчет находится в файле «Tutorial 15 Levee with Toe Drain.slim» (Файл > Последние папки > Папка пособий).

Рассматриваемые темы:
  • анализ фильтрации;
  • дренаж дамбы;
  • использование нескольких грунтов в модели;
  • уровень грунтовых вод;
  • расчет только грунтовых вод;
  • сетки потока.

Геометрия

Геометрия

Модель

Запустите программу SLIDE.

Настройки проекта
Откройте «Настройки проекта» из меню «Анализ» и убедитесь, что показана вкладка «Общие». Задайте метрические единицы измерения.
Выберите вкладку «Грунтовые воды» слева. В качестве метода выберите «Конечно-элементный анализ установившейся фильтрации» (Steady State FEA). Закройте окно нажатием кнопки «ОК».
Настройки проекта

Границы
  Сначала зададим внешние границы модели. Выберите функцию «Добавить внешнюю границу» из меню «Границы» и введите следующие координаты:
0, 0
36, 18* (данная точка обязательна для указания высоты стояния вод)
40, 20
45, 20
85, 0
100, 0
100, -15
-15, -15
-15, 0
с (для замыкания контура)

Нажмите клавишу «Ввод» для завершения ввода точек. Мы задали внешний контур, включающий дамбу, стоящую на кровле слабодренирующего грунта. Выберите «Вид» > «Масштабирование» > «Масштабировать все» для центрирования и максимального увеличения модели в рамках текущего просмотра.

Сейчас необходимо задать границы материалов. Сначала отделим дамбу от слоя основания. В меню «Границы» выберите «Добавить границу материалов». Введите следующие точки:
0, 0
85, 0

Нажмите клавишу «Ввод» для завершения ввода точек.

Совет: когда Вы вводите точки границы, то курсор привязывается к уже существующим точкам. Поэтому Вам не нужно вводить координаты, если точка уже существует. Если курсор не привязывается к точке, то кликните правой кнопкой мыши в процессе задания границы и выберите «Привязать» в ниспадающем меню, чтобы включить функцию.

Для добавления дренажа в основании (новая граница материалов) задаем следующие точки:
100, -1
65, -1
65, 0
Нажмите клавишу «Ввод», модель будет выглядеть следующим образом:
модель будет выглядеть следующим образом:

Характеристики материалов (Material Properties)

«Задать материалы» Выберите «Задать материалы» из меню «Свойства». Появится диалоговое окно с типовыми характеристиками для «Материал 1». В данном пособии нас не интересует прочность грунта, поэтому оставим все значения по умолчанию. Изменим имя «Материал 1» на «Дамба» (Levee). Выберем «Материал 2» из списка слева, изменим его имя на «Грунт» (Soil). Аналогично меняем имя «Материал 3» на «Дренаж» (Drain). Нажмите кнопку «ОК» для закрытия окна.

«Задать гидравлические характеристики» (Define Hydraulic PropertiesСейчас требуется задать характеристики проницаемости грунта. Чтобы это сделать переключаемся на просмотр грунтовых вод. Заходим в меню «Анализ» и выбираем «Режим установившегося состояние грунтовых вод» (Steady State Groundwater Mode) (или через вкладку внизу рабочего окна). Переходим в меню «Свойства» и выбираем «Задать гидравлические характеристики» (Define Hydraulic Properties). Кликните по материалу «Дамба» (Levee) и введите Ks = 1.16e-9 м/с. Остальные значения оставьте по умолчанию как показано на рисунке.

Слой основания дамбы предполагается недренирующим, поэтому для материала «Грунт» (Soil) вводим значение Ks = 1.0e-20 м/с.

Слой основания дамбы предполагается недренирующим, поэтому для материала «Грунт» (Soil) вводим значение Ks = 1.0e-20 м/с.


Для материала «Дренаж» (Drain) вводим проницаемость 1e-6 м/с, моделируя дренирующий песок. Нажмите кнопку «ОК» для закрытия окна.

Назначение характеристик материалов (Assign Material Properties)

«Дамба» (Levee)По умолчанию вся модель принимается с характеристиками «Материала 1», т.е. «Дамба» (Levee). Чтобы задать корректные свойства материалам различных частей модели, выбираем функцию «Назначение характеристик» (Assign Properties) из меню «Свойства» (Properties). Выберите «Грунт» из диалогового окна и кликните в районе низа модели. Затем выберите «Дренаж» и кликните внутри контура дренажа (узкий прямоугольник в основании дамбы). Закройте диалоговое окно. В качестве альтернативы можно назначать материалы простым нажатием правой кнопки мыши внутри контура и выбором функции «Назначение материала». Модель примет следующий вид:
Модель примет следующий вид

Сетка конечных элементов (Mesh)

Сетка конечных элементов (Mesh)Сейчас сгенерируем сетку конечных элементов. Выбираем функцию «Настройка сетки» (Mesh Setup) в меню «Сетка» (Mesh). Оставьте количество элементов по умолчанию (1500), а «Тип элементов» измените на «6-узловые треугольники» (6 Noded Triangles). Здесь мы применяем 6-узловые треугольники для получения большего количества степеней свободы в узком контуре дренажа. Нажмите кнопку «Дискретизация» (Discretize), а затем кнопку «Сетка» (Mesh).
Настройка сетки
Закройте диалоговое окно «Настройка сетки» (Mesh Setup)  нажатием кнопки «ОК». Модель будет выглядеть следующим образом:
Модель будет выглядеть следующим образом:

Граничные условия (Boundary Conditions)
  Граничные условия (Boundary Conditions)Модель показывает граничные условия по умолчанию (закрытые для потока внешние границы и неизвестные условия на поверхности). Смоделируем водохранилище с левой стороны дамбы. Водохранилище глубиной 18 м, поэтому необходимо выставить «Общий напор» (Total Head) на уровне 18 м. Чтобы это сделать выберите «Поставить граничные условия» (Set Boundary Conditions) из меню «Сетка». Для типа ГУ (BC Type) выберите «Общий напор и введите значение – 18.
«Поставить граничные условия» (Set Boundary Conditions)

Выберите последовательно два сегмента поверхности, которые ограничивают водохранилище:
Линия 1: от (-15, 0) до (0, 0)
Линия 2: от (0, 0) до (-36, 18).
Нажмите «Применить» (Apply).

Будем считать, что дренаж обеспечивает открытую границу, так что давление вдоль верха дренажа равно «0». Поэтому выберите «Нулевое давление» (Zero Pressure) для типа граничных условий (BC type).

Нулевое давление

Выберите линию верха дренажа (линия от 65, 0 до 85, 0) и нажмите применить.
Закройте диалоговое окно и модель примет следующий вид:
Совет: задать граничные условия можно также щелчком правой кнопки мыши по этой границе.
Совет: задать граничные условия можно также щелчком правой кнопки мыши по этой границе.


Сохранить» (Save) Определив параметры модели, сохраняем ее с помощью функции «Сохранить» (Save) в меню «Файл» (File).

Вычисление

«Вычисление (грунтовые воды)»Поскольку нас интересует только результаты гидравлического расчета, то запускаем «Вычисление (грунтовые воды)» (Compute (groundwater)) из меню «Анализ» (Analysis) или нажав кнопку на панели инструментов. Потребуется несколько минут, чтобы расчет запустился.

«Интерпретация (грунтовые воды)»После завершения вычислений перейдите в модуль «Интерпретация (грунтовые воды)» (Interpret (groundwater)) для просмотра результатов.

Интерпретация

После запуска модуля на экране отобразятся результаты расчета напоров.
«Настройки экрана» (Display Options)Вывести границы материалов можно через функцию «Настройки экрана» (Display Options) из меню «Вид» (View). Поставьте галочку напротив «Границы материалов» (Material Boundaries). На экране отобразятся следующие результаты:

На экране отобразятся следующие результаты:
Целью устройства дренажа у основания было предупреждение выхода поверхности грунтовых вод на правую (ниже по потоку) сторону дамбы. Поверхность грунтовых вод показана на рисунке фиолетовой линией. Понятно, что грунтовые воды не выходят на поверхность откоса, поэтому дренаж можно устраивать по желанию.

«Общий напор» (Total Head) Можно легко построить сетку потока, чтобы рассмотреть результаты более детально. Измените отображаемые данные на «Общий напор» (Total Head) с помощью ниспадающего меню на панели инструментов. Щелкните правой кнопкой мыши на модели и выберите «Настройки контура» (Contour Options). В поле «Режим» (Mode) выберите «Заполненный (с линиями)» и затем выберите «Выполнено» (Done). Отобразятся эквипотенциальные поверхности сетки потока.

«Грунтовые воды» (Groundwater)Для отображения линий потока войдите в меню «Грунтовые воды» (Groundwater), затем подменю «Линии» (Lines) и выберите «Добавить множество линий потока» (Add Multiple Flow Lines). Выберите верхний левый угол дамбы в качестве первой точки (40, 20). Потом выберите нижний левый угол (0, 0). Нажмите клавишу «Ввод» для завершения. Отобразится диалоговое окно «Настройки линий потока». Здесь можно выбрать количество отображаемых линий. В поле «Старт линий потока» (Start Flow-Lines)  выберите первую функцию и оставьте значение по умолчанию «На 10 участков равномерно вдоль линии» (at 10 locations, evenly spaced along the polyline).
«На 10 участков равномерно вдоль линии» (at 10 locations, evenly spaced along the polyline).

Нажмите «ОК» для закрытия диалогового окна. Отобразятся 10 линий потока, как это показано на рисунке ниже.
Отобразятся 10 линий потока
На этом пособие заканчивается.

Комментарии (0)


Ваше имя:

Электронная почта:

Комментарий :