飽和降雨模擬
關注創建者：匿名 創建時間：2026-01-04
飽和降雨模擬的視頻教程
建模+后處理：ABAQUS模擬飽和黏土孔壓靜力觸探分析
使用ABAQUS軟件，還原了《靜力觸探貫入機理的數值模擬研究》中第五章模擬，使用軸對稱模型，靜力學方式模擬了貫入的過程，土體使用修正劍橋模型，分析了孔壓、位移、應力分布情況。
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飽和降雨模擬的實例教程
這是一個更正
在書上關于非飽和土邊坡降雨入滲的算例中，滲透系數與飽和度之間的關系是根據圖1中的兩個經驗公式得到的。這兩個公式取自文獻1，參數也取文獻1中的建議值。對一基質壓力，分別計算出對應的飽和度和滲透折減系數，然后在abaqus中將滲流折減系數和飽和度相關聯。注意到這兩個公式實際上與孔壓的單位有關。參照文獻2，猜測應該用Pa。書里面的數據應該是錯的，深表歉意。
圖1
算例的說明
（1）基質吸力的初始分布
在之前的算例中，初始孔隙水壓力隨高度線性分布，在水位以上越高，孔壓越小（負值）。實際上基質吸力不會那么大。本例中參考文獻1（圖2），認為孔壓最小為-60kPa，即水位以上孔壓從0變化到-60之后不再變化。為便于設置，建模時將相應區域分割開（圖3）.
圖2
圖3
（2）非飽和材料的參數設置
非飽和土需要設置sorption選項，給定孔壓和飽和度之間的關系（圖4），ABAQUS會根據這個關系確定初始的孔隙比。另外在Permeability中通過子選項設定折減系數與飽和度之間的關系。
圖4
（3）初始應力的外部導入
先將材料設為彈性，設置一個soil分析步，選為穩態分析，設置所需要的孔壓分布邊界條件（地下水位在坡腳），通過gravity施加重力荷載，計算得到初始應力分布。
將cae文件另存為一個，改變材料，將第一個分析步replace為geostatic分析步，在load模塊中指定初始應力來源為外部數據庫（圖5，下載cae文件后需按實際情況修改）。如果geostatic分析步不易平衡，可嘗試將步長由固定變更為自動。
圖5
（4）降雨入滲的邊界條件
這里通過指定流量模擬降雨。
展開 邊界條件該怎么設置
本案例主要根據調研得到的7.20河南暴雨相關數據而設定輸入條件：
河流上游流量：600 m3/s
降雨量：345 mm/day
模擬時間：24小時
模型結果
經過計算，我們得到了如下圖所示的結果。我們可以用不同的顏色區域表示不同水深。在暴雨前，居民區為黃褐色，水深為0米，河流區則為深藍色，水深大于1米。由于持續的降雨，河流上游流量增大，洪水來襲，地面水位不斷上升。由于地形以及所在位置的差異，各地的水深各不相同。根據色塊的范圍，我們可以判斷各地的風險等級。
下圖則是將仿真結果與衛星圖結合展示。經過計算，我們得到具體時間和具體地點的淹沒水深、歷時等重要信息，并將其可視化展示在衛星圖上，構建逼真的洪水演進場景。
研究結論
我們以高程資料、建筑及街道尺寸信息等，作為仿真計算的輸入模型數據。結合高性能環境流體力學仿真軟件TELEMAC-MASCARET，對一次特大降雨量場景可能造成的城區內澇場景進行推演計算。并采用可視化的效果來顯示計算得到的城市內澇風險的基本要素信息，如洪水涉及范圍及水深、淹沒歷時、水流流速等，為城鎮的洪水防御工作提供了技術基礎。
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展開 降雨是山體滑坡發生的最常見誘因，幾乎每年都有報道。降雨條件下，滑坡的穩定性評價問題，不管在科研界還是工程界，都是十分受關注的。雖然研究的人不少，但筆者認為，這個問題始終沒有得到最合理的解釋，很大程度上歸咎于目前人類在巖土力學領域尚未走向成熟，所運用的理論仍然是上百年前的學者所創立的。
言歸正傳，那么降雨到底會對滑坡產生哪些影響？普遍認為這是一個多孔介質滲流應力耦合問題，即引起坡體內滲流場-應力場-位移場的變化，這種變化或許對于滑坡的失穩起到了促進作用。筆者基于該理論，在ABAQUS中建立了降雨條件下滑坡滲流場-應力場-位移場耦合模型。模擬3天降雨過程，模擬結果如下。感興趣的朋友歡迎交流討論！
圖1 滑坡概化模型
圖2 網格劃分
（a）初始孔壓
（b）降雨24小時孔壓
（c）降雨48小時孔壓
（d）降雨72小時孔壓
圖3 滑坡體內孔隙水壓力變化
（a）初始有效應力
（b）降雨24小時有效應力
（c）降雨48小時有效應力
（d）降雨72小時有效應力
圖4 滑坡體內有效應力變化
（a）降雨24小時水平位移
（b）降雨48小時水平位移
（c）降雨72小時水平位移
圖5 滑坡水平位移變化
（a）降雨24小時等效塑性應變
（b）降雨48小時等效塑性應變
（c）降雨72小時等效塑性應變
圖6 滑坡體內塑性區發展變化
展開 模型：溝渠建設后200天內與堤壩平行進行基坑開挖作業。挖掘深度為0.8米，基坑開挖作業分兩步進行，每一步包括去除0.4粘土，挖掘一年后對路堤變形的影響。（改視頻教程及文件國外培訓機構定價26美元，本人可原價幫助代購，可提供購買記錄，需要的可以加微信或者qq443941211，支持團購）
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TELEMAC-MASCARET是法國電力集團（EDF）的法國國立水利與環境實驗室開發的一款研究水動力學和水文學領域的高性能數值仿真開源軟件。基于有限元法，使用不規則三角網格，讓復雜的海岸線和河口的描繪更為精確。該軟件可以構建1D、2D和3D水動力學模型以解決波浪傳播、波浪振動特性、水質污染、泥沙輸運和海床形態變化等問題
降雨是山體滑坡發生的最常見誘因，幾乎每年都有報道。降雨條件下，滑坡的穩定性評價問題，不管在科研界還是工程界，都是十分受關注的。雖然研究的人不少，但筆者認為，這個問題始終沒有得到最合理的解釋，很大程度上歸咎于目前人類在巖土力學領域尚未走向成熟，所運用的理論仍然是上百年前的學者所創立的。
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這是一個更正
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圖1
模型：溝渠建設后200天內與堤壩平行進行基坑開挖作業。挖掘深度為0.8米，基坑開挖作業分兩步進行，每一步包括去除0.4粘土，挖掘一年后對路堤變形的影響。（改視頻教程及文件國外培訓機構定價26美元，本人可原價幫助代購，可提供購買記錄，需要的可以加微信或者qq443941211，支持團購）
