渗流分析的输入参数(Seepage Analysis)

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1 引言

尽管地下水在采矿工程中普遍存在，但除非一些非常特殊的项目，大多数采矿问题的稳定性不需要进行单独的渗流分析(Seepage Analysis)，我们仅使用简单的有效应力【检查和评价土的有效应力(Evaluate the effective stress of soil)】或孔隙压力【3DEC孔隙压力计算(Pore Pressure)】概念来考虑地下水的作用。

但对尾矿坝来说，由于坝体的材料主要为尾粉土，所以必须考虑坝体的渗透作用，因而需要进行渗流分析，在实践中已经通过在线水压力计【建立基于孔隙水压力观测数据的稳定性分析模型】和人工对坝体的浸润线和水位进行了监测。我们将耦合渗流分析(SEEP/W)和稳定性分析(Slope/W, Quake/W, Sigma/W)进行尾矿坝的静态和动态稳定性及变形评价【边坡安全系数计算方法比较；孔隙压力和超孔隙水压力计算(Excess PWP)；Quake/W Newmark位移分析(Geostudio 2023)】。

本文简要概述了渗流分析的基本输入参数：材料参数和边界条件，包括主要的分析属性以及结果解释。

2 材料参数

渗流分析主要有两种类型：稳态流(Steady-State)和瞬态流(Transient)。首先考虑稳态流(Steady-State)，材料模型可以仅考虑饱和部分，也可以同时考虑饱和非饱和。

需要输入两个水力学参数：体积含水量函数和静水力传导函数，输入方法的格式与【孔隙压力和超孔隙水压力计算(Excess PWP)】相同，事实上Geostudio在它的所有模块中内置了这种自定义函数。这两个参数是渗流分析的核心，它们决定了渗流的流动路径和流量大小。

体积含水量函数定义如下图所示：

静水力传导函数定义如下图所示：

3 边界条件

边界提交决定了渗流的位置和方向，有多种方法定义边界条件，对于本例，使用Water Total Head即水位定义坝体上游的边界(11m)，使用Water Rate定义坝体下游的边界(0 m³/sec)，如下图所示。如果考虑坝体下游底部的排干，可以考虑使用零压力边界Water Pressure Head(0m)。

4 计算结果

(1) 孔隙水压力

(2) 流网和水头

5 结束语

SEEP/W渗流分析的计算结果能够输入到Slope/W, Quake/W和Sigma/W中进行稳定性分析。体积含水量函数和静水力传导函数的精确选择可以参考Plaxis LE的水-土特征曲线SWCC(soil-water characteristic curve)和饱和体积含水量VWC(Saturated Volumetric Water Content)，包含着一个非常大的数据库。

Slide2，RS2, FLAC2D, GTS NX, Plaxis等都可以进行2D独立的渗流分析和耦合分析，不过，在目前的项目中我们主要使用SEEP/W和Slide2。

来源：计算岩土力学