渗流分析模块
渗流分析模块
软件允许用户分析岩土体中的稳定流或非稳定流。非稳定流分析可以得到孔隙水压力（压力水头）和土体饱和度随时间的变化。达到稳定流所需要的时间即为达到孔隙水压力不再变化的时间。该时间和土体的渗透性（渗透系数、和土壤水分特征曲线相关的参数 – 土壤含水量或饱和度与土壤吸力或负孔隙水压力之间的关系曲线）以及所要分析的问题类型（例如，承压流/非承压流）有关。当进行稳定流分析时，每个工况阶段的渗流分析都是相互独立的。当进行非稳定流分析时，分析过程类似于应力应变分析，每个工况阶段之间都是相互影响的。同样的，和应力应变分析中第一工况阶段必须用于分析初始地应力场一样，非稳定流分析的第一工况阶段必须用于设置渗流分析的初始条件，即饱和土（正孔隙水压力）或非饱和土（负孔隙水压力 – 吸力）在分析开始时的初始孔隙水压力（压力水头）和饱和度。得到非稳定流分析的初始条件后，接下来的工况阶段需要设置各个工况阶段的持续时间以及加载历史（水力边界条件随时间的变化关系）。在当前版本的软件中，用户可以在当前工况阶段开始时一次性改变渗流边界条件，也可以在整个工况阶段的持续时间内线性改变渗流边界条件。
无论稳定流分析还是非稳定流分析，软件都可以计算得到非饱和带的渗流情况。只有地下水位以下的渗流才是饱和渗流，地下水位以上的渗流为非饱和渗流。软件中提供了三种非饱和土材料模型来模拟非承压流问题：Log-线性模型，Gardner模型，van Genuchten非线性模型。对于非稳定流分析，我们建议采用van Genuchten模型，因为该模型可以更真实地模拟土体的土壤水分特征曲线。由于材料模型的选择对初始条件（初始饱和度）的计算有影响，所以软件不允许在接下来的工况阶段中改变材料模型（“指定材料”界面不可用）。同样的道理，接下来的工况阶段中也不可以改变模型的几何尺寸（“激活/冻结分区”界面不可用）。
对于非稳定流分析，必须先在第一工况阶段设置初始时刻（t = 0）的孔隙水压力（压力水头），特别是地下水位以上非饱和带（毛细吸力区）的孔隙水压力（负孔隙水压力）。软件提供了三种用于设置非饱和带孔隙水压力分布的方法：采用稳定流分析结果；输入地下水位，并假设非饱和带的毛细吸力等值线分布由p = -γwz确定，其中z为等值线到当前地下水位的距离；输入孔隙水压力等值线，即通过直接输入负的孔隙水压力来指定毛细吸力的初始值。在解决实际问题时，我们建议不要输入小于-10m的负压力水头hp（负孔隙水压力p > -100kPa），特别是在粗颗粒土中。例如，对于砂性土，当hp < -1m时，其水土特征曲线几乎是竖直的，这时，即使负压力水头变化很大，土体的饱和度也没什么变化，同样的，相对渗透率Kr（非饱和带有效渗透率和绝对渗透率（饱和带渗透率）之比）也没什么变化。可惜的是，并没有一个适用于所有土体的最小负压力水头设置标准，因为，对于细颗粒土，该值可能是负的好几百米，而对于粘性土，该值甚至可以达到负的上千米。
在第一工况阶段中分析得到初始孔隙水压力的分布后，在下一个工况阶段中，首先需要定义点渗流边界条件或线渗流边界条件，然后再对该工况阶段进行分析。
岩土体内可以使用梁单元和接触面单元。分析结果包括孔隙水压力（压力水头）和总水头的分布，水流的速度和方向，饱和度，相对渗透率，毛细吸力，以及流入或流出岩土体的总水量。
