地下水與地層變形流固耦合計算示例

地下水與地層變形流固耦合計算示例第1頁，共16頁，2023年，2月20日，星期一計算模型第1層(空隙內(nèi)為空氣,滲透系數(shù)1e-9)第2層(空隙內(nèi)為水,滲透系數(shù)1e-9)第3層(空隙內(nèi)為水,滲透系數(shù)2e-9)第4層(空隙內(nèi)為水,滲透系數(shù)4e-9)進(jìn)水、出水管道

土體分為4層,每層土強度、滲透系數(shù)可不相同；

采用VOF模擬水流動，采用PFSI模擬耦合效應(yīng)；地下水位和地層的初始狀態(tài)不透水：wall自由邊界：透水或空氣初始地下水位線第2頁，共16頁，2023年，2月20日，星期一計算模型結(jié)構(gòu)模型流場模型

結(jié)構(gòu)模型中，導(dǎo)流孔邊界為FSI邊界；

流場模型中，為了方便施加滲水、注水等條件，導(dǎo)流孔建立了單元；PressureDatum第3頁，共16頁，2023年，2月20日，星期一計算模型

流場中多孔介質(zhì)單元內(nèi)部，存在水、空氣兩種狀態(tài)，因此要流體單元定義VOF算法；

流場單元中水位的指定，是通過初始條件中的VOF-SPECIES1完成的；

在流場中，wall、自由邊界不能再指定為FSI邊界條件；

結(jié)構(gòu)模型中包括邊界約束條件、重力載荷、以及初始地應(yīng)力等；第4頁，共16頁，2023年，2月20日，星期一

由于結(jié)構(gòu)模型變形緩慢，慣性可忽略，采用static分析類型；流場計算過程中，水位會發(fā)生變化，采用transient分析類型；

ADINA中PFSI耦合分析的實質(zhì)是：由流場計算水壓分布和變化，流場計算的水壓直接用于結(jié)構(gòu)剛度矩陣、變形的計算；

空隙中的水、空氣考慮其可壓縮性；因此在材料參數(shù)輸入需要輸入水、空氣的體積模量；計算模型第5頁，共16頁，2023年，2月20日，星期一計算模型

流場采用FCBI-C單元算法；

計算條件分為兩個情況，1通過導(dǎo)流管向地層注水；2地下水通過導(dǎo)流管無壓滲出；情況1：管道端面施加X向速度0.01載荷情況2：管道端面施加NormalTraction=-5載荷（此邊界位于壓力基準(zhǔn)下方約5米處，相當(dāng)于此邊界水壓力為零）注：FCBI-C單元實際邊界壓力＝NormalT.×密度×重力加速度（×空間函數(shù)）第6頁，共16頁，2023年，2月20日，星期一計算模型Case-1模型文件：pfsimodel-soil-case1.in，pfsimodel-flow-case1.inCase-2模型文件：pfsimodel-soil-case2.in，pfsimodel-flow-case2.in第7頁，共16頁，2023年，2月20日，星期一計算結(jié)果－case1最后土層的相對Z方向變形最后土層內(nèi)部孔隙水壓力分布結(jié)構(gòu)模型計算結(jié)果第8頁，共16頁，2023年，2月20日，星期一計算結(jié)果－case1最后土層的相對Z方向變形最后土層內(nèi)部水壓（靜壓）分布流場模型計算結(jié)果第9頁，共16頁，2023年，2月20日，星期一計算結(jié)果－case1某時刻土層中流速分布、水面位置第10頁，共16頁，2023年，2月20日，星期一計算結(jié)果－case1土層中流速分布、水面位置動畫（土層變形放大100倍）第11頁，共16頁，2023年，2月20日，星期一計算結(jié)果－case2最后土層的相對Z方向變形最后土層內(nèi)部孔隙水壓力分布結(jié)構(gòu)模型計算結(jié)果第12頁，共16頁，2023年，2月20日，星期一計算結(jié)果－case2最后土層的相對Z方向變形最后土層內(nèi)部水壓（靜壓）分布流場模型計算結(jié)果第13頁，共16頁，2023年，2月20日，星期一計算結(jié)果－case2某時刻土層中流速分布、水面位置第14頁，共16頁，2023年，2月20日，星期一計算結(jié)果－case2