非稳定流分析

非稳定流的分析往往需要两个以上的工况阶段（“渗流分析模块”），其中第一个工况阶段用于设置初始边界条件，例如，非稳定流分析开始时的初始孔隙水压力、初始压力水头、饱和度以及相对渗透系数的分布。可以通过以下几种方式来设置初始孔隙水压力：

• 直接输入地下水位
• 直接输入孔隙水压力等值线
• 采用稳定流分析

第一个选项假设孔隙水压力沿高度方向是线性分布的（静水压力）。地下水位以下软件采用正孔隙水压力，而地下水位以上则采用负孔隙水压力（基质吸力）。第二个选项允许考虑干燥土体，例如可以在整个渗透区以上设置负孔隙水压力。第三个选项需要进行稳定流分析。根据选用的材料模型，软件可以确定初始饱和度及相对渗透系数与初始孔隙水压力的函数关系。图1为在指定水力边界条件下通过稳定流分析得到的初始孔隙水压力分布。很明显，这里只绘制了地下水位以下的孔隙水压力。对于非饱和区域的初始状态，可以通过，例如绘制初始饱和度的分布图来大致判断（见图2）。当选择“无地下水”时，初始孔隙水压力设置为零。

图1 – 第一工况阶段：初始孔隙水压力的分布

图2 – 第一工况阶段：初始饱和度的分布

非稳定流分析从第二工况阶段开始，接下来工况阶段的分析都在前一阶段分析结果的基础上进行。每个工况阶段都需要设置工况阶段时间，随时间变化的渗流（水力）边界条件和时间步步长。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添加渗流边界条件，也可以在整个工况阶段的持续时间内线性添加渗流边界条件（“渗流分析模块”）。在第一步，初始时间步设置为所设时间步的1/10。接下来，计算将采用所设置的时间步继续进行。在分析时对时间步进行调整是非常合理的。分析开始时建议采用较短的时间步。当分析接近稳定流状态时，可以采用更长的时间步，此时可以大大增加时间步步长（例如，从1/10天增加到几天）。图3和图4分别为第二工况阶段中地下水位突然升高后非稳定流分析的中间状态和稳定状态的分析结果。图5和图6分别为在第七工况阶段中降低地下水位（模拟地下水位骤降）后非稳定流分析的中间状态和稳定状态的分析结果。

图3 – 第二工况阶段：给定工况阶段时间下的孔隙水压力分布

图4 – 第六工况阶段：稳定流状态时的孔隙水压力分布

图5 – 第七工况阶段：给定工况阶段时间下的孔隙水压力分布

图6 – 第八工况阶段：稳定流状态时的孔隙水压力分布