案例45：排水条件下的开挖模拟

本案例主要分析了土体的开挖过程，稳定的渗透压力偏离常规的静水压分布，特别的是，考虑的地下排水压力分布如图45.1所示，这种类型的分布常见于伦敦地区（具体参考见Potts和Zdravkovic 2001）。

图45.1模型设置（顶部）和用户定义的渗透压力曲线规范的具体说明；当用户定义的渗透压力曲线被指定时，渗流边界（地下水位和无流量情况）将被忽略

图45.1中所示的分布曲线是由一组压力随深度的函数点定义的，深度即y坐标。上图显示了导入任意一种渗透压力分布所需的步骤，在「工况阶段管理器」的「高级设置」中，「渗透压力」选择「自定义」。点击下面右边栏上的按钮，打开图45.1右边所显示的对话框。点击导入按钮，可以将带有数据的文件加载到项目中。输入文件必须包含两组数据：y坐标（深度）和压力值，输入的坐标没有特殊的排序要求，但是数据要覆盖整个模型面域。因此，必须指定区域最高的点即处于上砂层的孔隙压力P_s。要强调的是，P_s＜0要指定的区域必须高于地下水位——孔隙压力P_s = 0将被等效表示为饱和度S = 1。数据可以通过点击打开「材料参数」窗口按钮旁边的红色叉状按钮进行卸载。

如图45.1所示，模型的分析过程包含初始应力计算阶段和四个弹塑性分析的开挖分析阶段，在第三和第四开挖阶段添加锚杆，最后，在第四开挖阶段完成后，进行短期强度折减分析。

除了分析用户定义的关系曲线的模型，模型还针对标准静水渗流压力分布关系的情况进行了分析计算，在「工况阶段管理器」下的「高级设置」中，「渗透压力」选择「自动」。最大水平位移的分析结果如图45.2所示，可以发现：静水渗流压力分布下的位移稍大一些。

图45.2 墙体最大位移与开挖深度的关系曲线

强度折减法分析结果如下：

静水情况下：强度折减系数FS_S = 1.03士0.02

地下排水情况下：强度折减系数FS_S = 1 .16士0.03

两种渗透压力分布下分析结果的差异性主要存在两个原因：（1）在排水情况下，较大的有效应力导致更大的不排水抗剪强度（参见「结果」中「初始应力」栏下的「不排水抗剪强度」）；（2）在排水情况下，墙后的较小孔隙压力提高了整体稳定性。