地下水与地层变形流固耦合计算示例

地下水与地层变形流固耦合计算示例第1页，共16页，2023年，2月20日，星期一计算模型第1层(空隙内为空气,渗透系数1e-9)第2层(空隙内为水,渗透系数1e-9)第3层(空隙内为水,渗透系数2e-9)第4层(空隙内为水,渗透系数4e-9)进水、出水管道

土体分为4层,每层土强度、渗透系数可不相同；

采用VOF模拟水流动，采用PFSI模拟耦合效应；地下水位和地层的初始状态不透水：wall自由边界：透水或空气初始地下水位线第2页，共16页，2023年，2月20日，星期一计算模型结构模型流场模型

结构模型中，导流孔边界为FSI边界；

流场模型中，为了方便施加渗水、注水等条件，导流孔建立了单元；PressureDatum第3页，共16页，2023年，2月20日，星期一计算模型

流场中多孔介质单元内部，存在水、空气两种状态，因此要流体单元定义VOF算法；

流场单元中水位的指定，是通过初始条件中的VOF-SPECIES1完成的；

在流场中，wall、自由边界不能再指定为FSI边界条件；

结构模型中包括边界约束条件、重力载荷、以及初始地应力等；第4页，共16页，2023年，2月20日，星期一

由于结构模型变形缓慢，惯性可忽略，采用static分析类型；流场计算过程中，水位会发生变化，采用transient分析类型；

ADINA中PFSI耦合分析的实质是：由流场计算水压分布和变化，流场计算的水压直接用于结构刚度矩阵、变形的计算；

空隙中的水、空气考虑其可压缩性；因此在材料参数输入需要输入水、空气的体积模量；计算模型第5页，共16页，2023年，2月20日，星期一计算模型

流场采用FCBI-C单元算法；

计算条件分为两个情况，1通过导流管向地层注水；2地下水通过导流管无压渗出；情况1：管道端面施加X向速度0.01载荷情况2：管道端面施加NormalTraction=-5载荷（此边界位于压力基准下方约5米处，相当于此边界水压力为零）注：FCBI-C单元实际边界压力＝NormalT.×密度×重力加速度（×空间函数）第6页，共16页，2023年，2月20日，星期一计算模型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页，共16页，2023年，2月20日，星期一计算结果－case1最后土层的相对Z方向变形最后土层内部孔隙水压力分布结构模型计算结果第8页，共16页，2023年，2月20日，星期一计算结果－case1最后土层的相对Z方向变形最后土层内部水压（静压）分布流场模型计算结果第9页，共16页，2023年，2月20日，星期一计算结果－case1某时刻土层中流速分布、水面位置第10页，共16页，2023年，2月20日，星期一计算结果－case1土层中流速分布、水面位置动画（土层变形放大100倍）第11页，共16页，2023年，2月20日，星期一计算结果－case2最后土层的相对Z方向变形最后土层内部孔隙水压力分布结构模型计算结果第12页，共16页，2023年，2月20日，星期一计算结果－case2最后土层的相对Z方向变形最后土层内部水压（静压）分布流场模型计算结果第13页，共16页，2023年，2月20日，星期一计算结果－case2某时刻土层中流速分布、水面位置第14页，共16页，2023年，2月20日，星期一计算结果－case2