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3DEC孔隙压力计算(Pore Pressure)

计算岩土力学

1年前浏览1499

1 引言

3DEC能够模拟非常复杂的流体流动以及流体与力的相互作用。总的来说，可以计算如下四大类问题：

(1) 孔隙压力(Pore Pressure)

(2) 基质流体流动(Matrix Fluid Flow)

(3) 节理流体流动(Joint Fluid Flow)

(4) 支撑剂(Proppant)

大多数实践的岩土工程稳定性分析不必考虑流体流动，只考虑(1)静态孔隙压力(Pore Pressures)即可，尽管(2)(3)(4)可以计算流体-力的单向或双向相互作用，但它们主要的应用领域是水文分析和石油工程，因此我们暂不考虑。这意味着当进行静态孔隙压力计算时，不需要开启如下的流体流动命令：

model configure fluid onmodel configure matrixflow

在这种模式下，不必设置孔隙率和渗透率等流体属性，也不必设置流体边界条件。单元内的孔隙压力用来计算有效应力以确定单元是否破坏，孔隙压力以相同的命令分配给节理接触，节理的有效法向应力用来确定接触是否破坏。网格点上的孔隙压力不发生变化，但在使用塑性本构模型时，可能会诱发由有效应力状态控制的破坏。本文简要回顾了3DEC孔隙压力计算使用的命令。

2 gridpoint初始化

在网格点(gridpoint)上定义孔隙压力，使用命令：

block gridpoint initialize pore-pressureblock gridpoint list pore-pressure

单元的孔隙压力是单元4个网格点孔隙压力的平均值。

3 insitu初始化

使用block insitu pore-pressure命令定义初始的孔隙压力(Pore pressures)。gradient关键字定义变化的孔隙压力。与应力初始化一样，设定的值是原点(0,0,0)的孔隙压力，梯度是指在单位长度上孔隙压力的变化。

block insitu pore-pressure 1e6 gradient 0 0 9810block zone list pore-pressure

4 water初始化

也可以用block water设定孔隙压力，根据水位的位置、给定的流体密度和重力自动计算低于给定水位的静孔隙压力。水位可以定义为一个平面，也可以定义为一个几何曲面(一组多边形组成的面,如dxf文件)。该命令为所有水位以下的块体和接触分配孔隙水压力，然后以有效应力方式计算单元破坏。在使用这个命令之前，必须定义重力(model gravity 0 0 -9.81)，同时指定流体密度(block fluid property density)，孔隙压力梯度由重力矢量的方向决定。

model newmodel random 10000 block create brick 0,100  0,100  0,100block cut joint-set dip 60 dip-direction 90 spacing 15block zone generate edgelength 10model gravity 0 0 -9.81block water density 1000block water plane normal 0.17,0,0.98 origin 50,50,90

孔隙压力不受单元体积变化的影响，当使用water命令时，地下水位以上的单元需要使用干密度，而地下水位以下的单元需要使用饱和密度，不存在非饱和流，水位以上的孔隙压力为0。

block water的关键字有：clear, density, list, set, skip和plane。此外，block water density 1000与block fluid property density 1000的作用相同：

model solve ratio 1e-7block gridpoint initialize displacement 0 0 0block fluid property density 1000.0block water plane origin 0 0 10 normal 0 0 1model solve

5 FISH和Python函数

3DEC孔隙压力的FISH和Python函数有:

block.gp.pp

block.zone.pp

block.subcontact.pp

block.subcontact.force.pp

itasca.block.gridpointarray.pp

itasca.block.zonearray.pp

6 结束语

最近看一个国内的采矿项目申请报告，他们试验并计算了岩石的"软化系数"，但我不太清楚国内的规范，如何在设计中合并这个软化系数。以前也有同学问过类似的问题【岩石三轴压缩模拟试验(Triaxial Compression Simulation Test)；片麻岩强度参数估计(gneiss)---试验结果与数据库的比较】，大多数情况下，我们只考虑岩石干燥状态下的强度，水位下仅考虑饱和密度，然后按照有效应力进行计算。

来源：计算岩土力学