В PLAXIS 2D 2017 и PLAXIS 3D 2017 появилось несколько новых функций. Одна из них — проницаемость в интерфейсах. В предыдущих версиях при расчёте фильтрации грунтовых вод, консолидации и совместного фильтрационно-деформационного расчёта интерфейсные элементы могли быть либо непроницаемыми, либо полностью проницаемыми. Это позволяет не допускать фильтрацию через стены, плиты или облицовки туннелей, так как в PLAXIS плиты полностью проницаемы.
<aside> 🌐 Материал подготовлен на базе перевода материалов разработчиков. В конце статьи вы найдёте ссылку на исходник.
</aside>
Но в некоторых задачах могут потребоваться полупроницаемые интерфейсы, которые позволяют некоторому количеству воды проходить через конструкцию. Кроме того, интерфейсы могут также способствовать фильтрации грунтовых вод в продольном (параллельном) направлении интерфейса. Таким образом, они действуют как «дрены» с определённой дренирующей способностью. Это может быть использовано для моделирования движения воды вдоль СВГ или как дренажные геоматы.
Гидравлическая проводимость или сопротивление интерфейсов задаётся не только водопроницаемостью, но и «толщиной» конструкции или зоны взаимодействия грунта и конструкции. Однако эта «толщина» не всегда является чётко заданной величиной. Следовательно, гидравлические свойства интерфейсов задаются двумя величинами, которые имеют чётко определённое значение:
Рис. 1. Параметры проницаемости интерфейса: слева — гидравлическая проводимость через интерфейс ($d/k$) для потока, направленного перпендикулярно к интерфейсу; справа — гидравлическая проводимость в продольном направлении интерфейса ($d·k$) для потока, направленного параллельно интерфейсу
Рассматривая полупроницаемую стенку толщиной $d$ и проницаемостью $k$, гидравлическое сопротивление задаётся как $d/k$, выраженное в единицах времени. Учитывая закон Дарси, $q$ = $k\cdot dφ/dl$, где $k$ — поперечная водопроницаемость (коэффициент фильтрации в поперечном направлении), а $dφ/dl$ — градиент напора грунтовых вод через стену, который представляет собой разницу между напором грунтовых вод слева и справа от стены по толщине стены ($Δφ/d$). Следовательно, для заданного гидравлического сопротивления $d/k$ удельный расход $q$ = $k\cdotΔφ/d$ = $Δφ/(d/k)$. Чтобы определить $d/k$, необходимо измерить средний расход $q$ через стенку (на единицу площади) для заданной разности напора $Δφ$, поэтому $d/k$ = $Δφ/q$.
Учитывая полупроницаемый зазор толщиной $d$ и проницаемостью $k$ между двумя непроницаемыми средами, дренирующая способность задаётся как произведение $d$ и $k$ $(d·k)$, выраженным в единицах объёма на единицу времени на единицу ширины в боковом (вне плоскости) направлении. Это количество задаёт общее количество воды, которое транспортируется через зазор (дрену) в единицу времени на единицу ширины. Учитывая закон Дарси, как указано выше, градиент теперь задаётся как разница в напоре грунтовых вод по длине зазора (в продольном направлении), делённая на длину зазора, так что $q$ =$k\cdotΔφ/L$. Общее количество воды $Q$ в $q$ раз больше толщины $d$, умноженной на единицу ширины $b$, где $b$ = 1 единица длины для приложения плоской деформации, поэтому $Q/b$ = $d\cdot k\cdotΔφ/L$. Чтобы определить $d·k$, необходимо измерить общий расход $Q/b$ через зазор (на единицу ширины во вне плоскостном направлении) для заданной разности напора $Δφ$ и заданной длины зазора $L$, так что $d·k$ = $Q/b \cdot L/Δφ$.
См. также:
Водопроницаемость в интерфейсах: практические случаи