Geostudio及FLAC3D

《地质工程数值法》

GeoStudio上机实习作业

内容：用GeoStudio的Seep/w模块模拟滑坡不同工况下的地下水渗流曲线。

要求：提供模拟结果文件，现场验收操作。

相关资料：

✓滑坡工程地质剖面图；

✓岩土参数；

✓渗流模拟工况。

1 计算模型的建立

根据2#滑坡的工程地质条件，选择该滑坡钻探剖面（图1）作为模拟剖面。其方位NW113°，滑坡前缘高程1190m，后缘高程1398m，前缘和后部较薄，中部较厚，根据钻孔揭露，滑体物质主要是灰黑色碎块石土，滑带土主要为灰黒色含角砾粉质粘土、角砾质土或含角砾泥炭质土，滑带厚度0.6～1.5m，滑床为炭质页岩和炭质灰岩的碎块石土。基于以上条件，对该堆积层滑坡的坡体地质模型进行网格剖分，共剖分为2829个网格单元，如图2所示。

图1 2#滑坡工程地质剖面图

操作步骤：

1.打开Geostudio：

2.操作界面尺寸设置：

3.导入图形

4.检查图形

5.设置材料属性

6.将材料属性赋予给图形区域

7.划分网格

8.设置边界条件，修改颜色

9.赋予边界条件

10.检查模型是否正确

11.保存，并solve

12.查看结果

与预期结果相一致，上层碎石土的渗流力明显大于滑床的。

2 计算参数与工况

参数的取值主要由勘查资料中的岩土体物理力学试验、水文地质试验、工程地质类比以及经验值等综合确定。具体为：模型材料的天然、饱和容重等由渗透试验确定；饱和体积含水量和饱和渗透系数，类比附近滑坡或者同一类型滑坡的物质组成及坡体结构等，确定出参数取值范围，然后根据野外钻探的实际资料，通过参数调整，反演出2#滑坡的实际地下水

位，获取后续模拟的参数，渗流场模拟过程中所涉及到的各层岩土体参数见表1。

采用GEO-Studio 软件中的SEEP/W 模块进行滑坡渗流场模拟时，视滑坡岩土体材料渗透系数和体积含水量为坡体孔隙水压力的函数。当岩土体处于饱和状态时，渗透系数和体积含水量为定值；而当岩土体处于非饱和状态时其渗透系数和体积含水量应该通过试验来确定。但鉴于试验的难度，一般取经验值。本节进行2#滑坡的渗流场模拟时采用SEEP/W 模块自带的Van Genuchten 经验曲线和饱和状态时的参数来确定当坡体材料处于非饱和状态时的渗透系数和体积含水量与孔隙水压力的函数关系，分别如图3~图8所示。

渗流模拟工况：一、自重+地下水；二、自重+50年一遇15日连续强降雨工况（50年一遇降雨强度为24小时最大值130.0mm ）。

表1 2#滑坡渗流场模拟各层岩土体参数选取

岩性 天然

重度 (kN/m 3)

饱和 重度 (kN/m 3)

饱和体积 含水量(%) 饱和渗透 系数 （×10-7m/s ）

抗剪强度指标

天然

饱和

C (KPa) φ(°) C (KPa) φ(°) 滑坡堆积层 19.7 20.5 22.8 6.9 38 33 32 27 滑 带 19.7 20.5 23.2 6.9 22.5 22 19.1 20.7 滑床

20.4

21.4

22.4

0.8

60

42

52

36

操作步骤： 1.输入模型 2.输入材料属性

3.输入材料属性（因为模型是直接从seep/w 里面导入的，没有取消seep 里面使用的划分网格）

4.画地下水位

5.draw slip surface and exit range

6.查看区域属性

7.画孔隙水压力云图

8.查看数据

9.Solve

可以看到安全系数为1.394

10.极限平衡法对应的每个条块受力图 11.查看不同的方法对应的不同安全系数 12.画孔隙水压力图 13.输出滑坡稳定性报告

FLAC 3D

数值模拟上机题

计算模型分别如图1、2、3所示，边坡倾角分别为30°、45°、60°，岩土体参数为： 密度ρ＝2500 kg/m 3, 弹性模量E ＝1×108 Pa ，泊松比μ＝0.3，

抗拉强度σt ＝0.8×106 Pa ，内聚力C ＝4.2×104 Pa ，摩擦角φ＝17°，膨胀角Δ＝20°

试用FLAC 3D 软件建立单位厚度的计算模型，并进行网格剖分，参数赋值，设定合理的边界条件，利用FLAC 3D 软件分别计算不同坡角情况下边坡的稳定性，并进行结果分析。 附 换算公式：

1 kN/m 3= 100 kg/m 3

剪切弹性模量：)

1(2μ+=

E

G

体积弹性模量：)21(3μ-=

E K

1.坡角为30°时

图1 倾角为30°的边坡(单位：m)

输入源代码： set log on

set logfile stability30.log gen zon brick &

p0 0 0 0 p1 100 0 0 p2 0 2 0 p3 0 0 40 size 50 1 10 gen zon brick &

p0 40 0 40 p1 100 0 40 p2 40 2 40 p3 74.64 0 60 p4 100 2 40 & p5 74.64 2 60 p6 100 0 60 p7 100 2 60 size 30 1 10 model mohr Plot Show

Add surface blue Add axes yellow

prop dens 2500 bulk 9.26e7 shear 3.79e7 coh 4.2e4 ten 8e5 friction 17 dilation 20 fix x y z range z -0.1 0.1 fix x range x -0.1 0.1 fix x range x 99.9 100.1 fix y

set gravity 0 0 -10 def calfos minf=0 maxf=2 loop while maxf-minf>0.01 fs=(maxf+minf)/2.0

refric=atan(0.31/fs)*180/3.14 recoh=42000/fs command ini sxx 0.0 syy 0.0 szz 0.0 sxy 0.0 sxz 0.0 szz 0.0 ini xvel 0.0 yvel 0.0 zvel 0.0 ini xdis 0.0 ydis 0.0 zdis 0.0 pro fric refric coh recoh set mech ratio 1e-5 solve step 5000 print fs end_command aa=mech_ratio if aa<1e-5 then minf=fs