Giới thiệu SEEP theo cách trình bầy thứ tự từng bước tính toán một bài toán ổn định mái đốc đơn giản. Bằng cách thực hiện từng bước ta có thể định dạng được bài toán và xem kết quả (đường thấm, vectơ thấm, lưu lượng thấm). Sau khi thực hành bài toán này, ta có thể hiểu nhanh chóng toàn cục mọi chức năng và cách sử dụng SEEP
1 Kh Kh ¸i ¸i qu qu ¸t ¸t vÒ vÒ SEEP/W SEEP/W - - V. V. 5 5 Ph©n Ph©n tÝch thÊm theo tÝch thÊm theo PTHH PTHH GS. NguyÔn C«ng MÉn GV. NguyÔn C«ngTh¾ng Hµ Hµ Néi Néi th th ¸ ¸ ng ng 09 09 – – 2005 2005 2 Nội dung giới thiệu SEEP/W Khái niệm cơ bản về dòng thấm trong MT đất đá; Đặc điểm chung của SEEPW; Dòng thấm trong hệ đất bão hoà/không bão hoà: đờng cong đặc trng Nớc - Đất và hàm thấm; Những giả thiết cơ bản và phơng trình thấm; Sử dụng và đặc điểm phần mềm qua giải từng bớc một ví dụ đơn giản; Minh hoạ tầm quan trọng của dòng không bão hoà; 3 Kh¸i niÖm vÒ dßng thÊm trong MT ®Êt ®¸ h A h B L ω γ A u ω γ B u Z A Z B ∆h D ß n g t h Ê m D ß n g t h Ê m A B MÆt chuÈn A ∆h L B 1. Dßng thÊm thùc vµ dßng thÊm Darcy Vn =V r V h V 1∠= V V n r L h i ∆ = kiv = Z g vu h A ++= 2 2 ω γ cét ¸p cét tèc ®é cét cao ®é • Trong MT ®Êt, v ≈ 0,01 m/s (c¸t th«) ⇒ cét tèc ®é ≈ 5x10 -6 m ⇒ nhá, bá qua • Tæng thÕ n¨ng cña dßng thÊm t¹i A 2. PT Bernoulli – N¨ng l−îng dßng thÊm • Dßng thÊm Darcy ⇒ SEEP/W Tèc ®é thÊm biÓu kiÕn: v Darcy = ki v Darcy • Dßng thÊm thùc ⇒ v thùc = v Darcy n v thùc 4 Cơ chế và trạng thái dòng thấm trong MT đất đá 1. Dòng thấm từ A đến B do hiệu thế năng h: 2.Tuỳ theo quan hệ giữa v i dòng thấm: Chảy tầng Laminar flow Phần lớn đất; chảy rối Turbulent flow Chảy trong đá nứt nẻ, sỏi cuội, cát rất thô, 3. Tuỳ theo trạng thái của dòng thấm: Dòng ổn định Steady flow vectơ tốc độ dòng thấm không đổi về độ lớn - hớng theo thời gian tại một điểm hoặc một mặt cắt; Dòng không ổn định Transient flow dòng thấm có chế độ thuỷ lực thay đổi theo t. 4. Dòng thấm còn có thể là confined dòng thấm có áp, hoặc unconfined dòng thấm không áp. Vùng chảy tầng I Vùng chảy rối III Vùng chuyển tiếp II v i + +== B B A A BA Z u Z u hhh Mặt chuẩn h A h B L A u B u Z A Z B h A B v =k i L h i = 5 Đặc điểm chung của SEEP/W SEEPW là phần mềm giao diện đồ hoạ, 32 bit có thể điều hành trong MT Wins 95/98/NT/2000 và XP, dùng để mô hình hoá chuyển động của nớc và phân bố áp lực nớc lỗ rỗng trong môi trờng đất đá theo PTHH; SEEPW có thể phân tích các bài toán: 1.Dòng thấm có áp, không áp 2.Ngấm do ma 3.Thấm từ bồn chứa 4. áp lực nớc lỗ rỗng d 5.Thấm ổn định, không ổn định. Kết hợp với SLOPEW phân tích ổn định mái dốc trong điều kiện có áp lực nớc lỗ rỗng phức tạp; Kết hợp với CTRANW phân tích lan truyền vật ô nhiễm trong đất đá. 6 3. Di chuyển mặt ớt chuyển tiếp qua đập đất trong khi hồ chứa nớc 4.Tiêu tan áp lực nớc lỗ rỗng d trong đập đất khi nớc hồ chứa rút 5 sơ đồ của bài thấm 5. Thấm từ bồn chứa nớc làm mực nớc ngầm dâng lên A u A Z A A h Mặt chuẩn 1.Thấm không áp qua đập đất Đờng mặt thoáng 2. Thấm trong vùng không bão hoà khi nớc ma ngấm xuống Đờng thấm Lớp thấm yếu Nớc ngấm 7 Đờng cong đặc trng Nớc - Đất Độ ẩm d hay độ bão hoà d: độ bão hoà thấp nhất khi nớc trong các lỗ rỗng không liên thông = m w u w y u H w += ( ) yHm ww = Quan hệ độ ẩm thể tích lực hút dính (u a -u w ) Không bão hoà Lực hút dính 0 r ( Sr ) - độ ẩm d = m w u w bh = n m v Bão hoà S S = 1 = 1 1 > S > 1 > S > S S r r S = S = S S r r m w u w Gi Gi á á trị trị khí khí vào vào tới tới hạn hạn : độ : độ hút hút dính dính ứng ứng với với lúc lúc khí khí có có thể thấm thể thấm vào các vào các lỗ lỗ rỗng rỗng lớn lớn nhất nhất Giá tri khí vào tới hạn - th V n V V V n = 8 Đờng đặc trng Nớc - Đất cho sét, bụi và cát mịn Sét Bụi Cát mịn áp lực nớc lỗ rỗng (kPa) Độ ẩm thể tích Tổng hợp kết quả thực nghiệm 9 PT đờng cong đặc trng Đất-Nớc Fredlund Fredlund và và Xing (1994) Xing (1994) h = h = Cột Cột n n ớc ớc độ độ hút hút dính dính ; h ; h r r = = Độ Độ hút hút dính dính tơ tơ ng ng ứng ứng với với độ độ ẩm ẩm d d n = n = Độ Độ dốc dốc tại đ tại đ iểm iểm uốn uốn của của ĐCĐN; ĐCĐN; m = m = Độ Độ dốc dốc tại độ tại độ ẩm ẩm d. d. Chú Chú ý: ý: PT PT tr tr ên ên có có thể thể khớp khớp với với các các số số liệu liệu thuộc thuộc đ đ ờng ờng cong cong phân phân bố bố cỡ cỡ hạt, đ hạt, đ ờng ờng nén nén và đ và đ ờng ờng đ đ ặc ặc tr tr ng ng đ đ ất ất - - n n ớc ớc , , với với các các th th ô ô ng ng số số a, n, m a, n, m biến biến đ đ ổi ổi tuỳ tuỳ loại đ loại đ ờng ờng cong. cong. m n r r s a h e h h h + + + = ln 1 1000000 1ln 1ln 1 10 Hµm thÊm Cã thÓ dù tÝnh hµm thÊm tõ ®−êng cong n−íc - ®Êt §Êt b·o hoµ k = constant S = 1 b·o hoµ §Êt kh«ng k = f [ S, θ , (u a –u w ) ] S < 1 θ = f (u w ) K = g (θ) K = h (u w ) HÖ sè thÊm ( thang ®é log 10 ) Gi¸ tri khÝ vµo tíi h¹n - θ th k §é hót dÝnh 0 [...]... hàm thấm của SEEP/ W 1 Theo công thức của Green & Corey đã biết: -Dạng hàm thấm phụ thuộc số hạng [(2 j + 1 2i )hi m - Số hạng 2 ] j =1 30T 2 F àg n 2 là hằng số đối với một hàm đặc biệt và có thể lấy bằng 1.0 khi xác định dạng của hàm thấm 2 SEEP/ W dùng công thức của Green & Corey và xác định hàm thấm nh sau: SEEP dùng k sc = [(2 j + 1 2i )hi 2 ] để xác định dạng hàm thấm tại j =1 giá trị AS bằng. .. số thấm bão hoà - cho đờng cong hàm thấm 14 chuyển lên hoặc xuống theo hệ số ks/ksc Hệ số thấm (cm/s) Hàm thấm khái quát hoá cho sét và cát 1.0E+00 1.0E-03 1.0E-06 1.0E-09 1.0E-12 1.0E-15 1.0E-18 Cát Sét 1 100 10000 1000000 Độ hút dính(kPa) 15 Mô hình hoá bài toán Gồm 2 bớc: - Mô hình hoá bài toán - Lập và giải các phơng trình PTHH Mô hình hoá bài toán (Mô hình mô phỏng bài toán - Sơ đồ tính toán) :... đồ tính toán) : -Lập lới các phần tử, xác định các tính chất vật liệu và các -điều kiện biên Đây là nhiệm vụ của ngời sử dụng phần mềm, có tính chất quyết định tới độ tin cậy của kết quả tính toán SEEP/ W chỉ lập và giải các phơng trình PTHH Một số vấn đề cần chú ý khi mô hình hoá bài toán - Đơn vị: có thể dùng các hệ đơn vị khác nhau, nhng phải đồng bộ; - Thiết kế mạng lới phần tử: chú ý chọn dạng PT,... x = {X} y = {Y} trong đó: là hàm dạng của phần tử {X}, {Y} là toạ độ của các điểm nút phần tử Cột nớc thấm h tại mỗi điểm trong phần tử đợc xác định nh sau h = {H} 21 {H} - cột nớc thấm tại các điểm nút Giải bài toán thấm bằng PP PTHH Gradient thấm theo các phơng x, y h N {H } ix = = x x h N {H } iy = = y y áp dụng phơng pháp phần tử hữu hạn Galerkin ta có: ([B] [C ][B])dv{H }+... thấm bằng PP PTHH Chia miền tính toán ra thành các phần tử tam giác, tứ giác nối với nhau tại các điểm nút Với từng phần tử sử dụng hệ toạ độ địa phơng nh hình vẽ Toạ độ cục bộ - ( r, s ) Toạ độ cục bộ - ( r, s ) Toạ độ chung - ( x, y ) Toạ độ chung - ( x, y ) Phần tử chữ nhật Phần tử tam giác 20 Giải bài toán thấm bằng PP PTHH Toạ độ tại mỗi điểm bất kỳ bên trong phần tử x,y đợc xác định thông qua... 11 PT hàm thấm PT Campbell (1974) k = k s ( ) p Ks= Hệ số thấm bão hoà = Độ hút dính (kPa) p = Hệ số phóng (power) để điều chỉnh kết quả dự tính w = s Chú ý: SEEP/ W V.5 đã dùng PP Green & Corey, Fredlund & Xing và Van Genuchten để tìm hàm thấm 12 từ đờng cong Nớc - Đất Hàm thấm theo Green & Corey (1971) k s 30T 2 F k ( ) j = k sc àg 2 [(2 j + 1 2i )h ] m j =i 2 i k()j HS thấm tính toán đ/v độ... T v v N T ) ( N dv{H }, t = q N T A trong đó: [B] = ma trận gradient [C] = ma trận hệ số thấm của phần tử {H}= cột nớc tại các điểm nút T= [M] = ma trận khối lợng h {H }, t = t biến thiên cột nớc thấm theo t q = lu lợng thấm vào biên của phần tử 23 = hàm dạng của phần tử )dA Giải bài toán thấm bằng PP PTHH Viết gọn lại ta có: [K] {H} + [M] {H},t = {Q} trong đó: [K] - ma trận ' cứng: [K... lệ, khoảng lới, SOLVE Lu trữ bài toán; Phác hoạ bài toán, xác định bài toán, xác định loại phân tích, xác định kiểm tra phân tích; CONTOUR Vectơ vận tốc; Dán giá trị các đờng đẳng trị; Giá trị lu lợng; Xác định hàm thấm; Hệ đờng thấm; Xác định tính chất vật liệu; Zoom In and Out Sinh lới phần tử; In kết quả; Chọn thông số cần xem; Hiển thị thông tin nút và phần tử; Xác định các điều kiên... Vẽ đồ thị các kết quả Xác định mặt cắt tính lu lợng; Xác định hệ toạ độ; 30 Chơng trình DEFINE 31 Xác định bài toán Xác định vùng làm việc Set page Xác định tỉ lệ Set Scale Xác định điểm lới Set Grid Lu trữ bài toán: File Save 32 Xác định hàm thấm KeyIn Functions Conductivity Edit 33 Xác định tính chất vật liệu KeyIn Material Properties 34 Lập lới phần tử Draw Multiple Elements 35 Nhập điều... Bài toán phẳng TH dòng không ổn định H H H ky +Q = = m w w kx + x x y y t t TH dòng ổn định H H kx + ky y + Q = 0 x x y = mw w (H y ) H= uw +y trong đó: Q - lu lựơng biên tác dụng; = Vw / V độ ẩm thể tích 18 Các điều kiện biên 1 điều kiện Dirichtle: H / S1 = H ( x, y ) 2 điều kiện biên Neiman : H / S 2 = q ( x, y ) n 19 Giải bài toán thấm bằng PP PTHH Chia miền tính . bài toán Gồm 2 bớc: - Mô hình hoá bài toán - Lập và giải các phơng trình PTHH Mô hình hoá bài toán (Mô hình mô phỏng bài toán - Sơ đồ tính toán) : -Lập lới các phần tử, xác định các tính. : ( ) yxHH S ,/ 1 = () yxq n H S ,/ 2 = ∂ ∂ 20 Giải bài toán thấm bằng PP PTHH Chia miền tính toán ra thành các phần tử tam giác, tứ giác nối với nhau tại các điểm nút. Với từng phần tử sử dụng hệ toạ độ địa phơng nh hình vẽ. Phần tử chữ. của ngời sử dụng phần mềm, có tính chất quyết định tới độ tin cậy của kết quả tính toán. SEEP/ W chỉ lập và giải các phơng trình PTHH Một số vấn đề cần chú ý khi mô hình hoá bài toán - Đơn vị: