Wprowadzenie: filtracja w GeoStudio 2D i rola SEEP/W
Filtracja w gruncie wpływa na stateczność skarp, obciążenia fundamentów i bezpieczeństwo budowli hydrotechnicznych. SEEP/W w pakiecie GeoStudio 2D pozwala numerycznie odwzorować modelowanie przepływu wody przez grunt: zarówno w stanie nasyconym, jak i nienasyconym, dzięki czemu szybciej sprawdzisz warianty i podejmiesz decyzje projektowe.
Podstawy: modelowanie przepływu wody przez grunt (MES)
W SEEP/W przepływ jest liczony metodą elementów skończonych (MES) na zdefiniowanej geometrii i siatce. Użytkownik przypisuje właściwości gruntów (np. współczynnik filtracji k, anizotropię kx/ky) i wybiera tryb: przepływ nasycony (stałe k) lub nienasycony (zależności K(θ), krzywe retencji). Dzięki temu możesz realistycznie odwzorować infiltrację, drenaż i zjawiska przejściowe.
SEEP/W tutorial po polsku – szybki workflow
Warunki brzegowe SEEP/W – co, gdzie i kiedy?
W SEEP/W dobór warunków brzegowych decyduje o realizmie modelu filtracji: to one definiują skąd i dokąd płynie woda oraz jakie ciśnienia panują na granicach domeny. Najczęściej stosujemy Total Head (znany poziom piezometryczny), Flux (zadany strumień) i Rainfall (infiltracja z opadu), a odpływ naturalny odwzorowujemy jako Seepage Face lub element Drain. Kluczowe jest unikanie nadokreślenia — nie łączymy np. Head i Rainfall na tej samej krawędzi — oraz zachowanie spójności jednostek i lokalizacji BC. Dobrze dobrane warunki brzegowe skracają czas obliczeń i ułatwiają interpretację wyników (linie prądu, bilans IN≈OUT).
Total Head (Head/Total Head): zadanie poziomu piezometrycznego; użyteczne dla kontaktu z wodą o znanym zwierciadle (np. strona napływu zapory).
Flux: zadany strumień (m³/s/m) lub intensywność; stosuj, gdy znasz dopływ/odpływ ilościowo (np. drenaż o znanym wydatku).
Rainfall: opad/nawadnianie (może uwzględniać parowanie); kluczowe przy modelowaniu infiltracji MES i scenariuszach deszczowych.
Seepage Face: powierzchnia swobodnego wypływu; pozwala naturalnie „odkryć” strefy przesiąku bez nadokreślania.
Drain: elementy odwadniające (rowy, dreny, igłofiltry) z poziomem lub charakterystyką odpływu.
Przepływ nasycony i nienasycony w GeoStudio – wybór trybu
Przepływ nasycony wybieraj, gdy analizujesz strefy poniżej stałego zwierciadła wody i interesuje Cię stan ustalony (np. prosty przepływ przez zaporę, filtr, fundament). Model zakłada stałą wodoprzewodność k i brak efektów ssania (brak ciśnień ujemnych), dzięki czemu obliczenia są szybkie i stabilne.
Przepływ nienasycony jest potrzebny, gdy ważna jest strefa aeracji lub zmienność w czasie: opad/infiltracja (Rainfall), wahania poziomu wody, rozruch/wyłączenie drenażu, odwodnienia czasowe, skarpy. Wymaga krzywej retencji wody w gruncie (SWCC) i przewodności w funkcji wilgotności/naprężenia (np. K(θ) lub K(ψ)), a także starannie dobranych warunków początkowych; obliczenia trwają dłużej, ale dają dostęp do ciśnień ujemnych, wilgotności i frontu infiltracji.
Praktyczna decyzja: zacznij od wariantu nasyconego, aby zweryfikować geometrię, warunki brzegowe i bilans IN≈OUT; jeśli scenariusz obejmuje opady, okresowe zmiany zwierciadła lub bezpieczeństwo skarp—przejdź do analizy nienasyconej (najlepiej w trybie transient) i użyj wyników nasyconych jako stanu początkowego.
FAQ: szybkie odpowiedzi
Czy do prostych obiektów ziemnych wystarczy przepływ nasycony?
Jakie warunki brzegowe SEEP/W wybrać na dopływ i odpływ?
Dopływ: Total Head (gdy znasz poziom) albo Flux (gdy znasz natężenie). Odpływ: Seepage Face (naturalny wypływ) lub Drain (kontrolowany odpływ). Opad/infiltracja: Rainfall.
Skąd wziąć parametry do przepływu nienasyconego (krzywe retencji, K(θ))?
Najlepiej z badań lab/teren (np. krzywe retencji, przewodność nienasycona). Gdy brak danych, użyj bibliotek materiałowych i skalibruj model do obserwacji piezometrycznych.
Jak sprawdzić, czy model filtracji jest „poprawny” (bilans IN≈OUT)?
Po obliczeniach porównaj sumaryczny dopływ i odpływ (powinny się równoważyć w granicach tolerancji solvera). Zrób szybki test siatki i sprawdź, czy wynik nie zmienia się istotnie po zagęszczeniu.
Czy gęstsza siatka MES zawsze daje lepsze wyniki?
Nie zawsze. Siatkę zagęszczaj lokalnie w strefach dużych gradientów (drenaże, kontakt warstw, krawędzie skarp). Zbyt gęsta siatka wydłuża liczenie bez proporcjonalnej korzyści.
Jak ustawić infiltrację z opadu (Rainfall) bez nadokreślenia modelu?
Zadaj Rainfall na powierzchni, unikaj jednoczesnego wymuszania Head w tych samych węzłach. Jeśli model zawiera też odpływ powierzchniowy, uwzględnij spływ/pojemność powierzchniową lub zastosuj odpowiednie ograniczenia strefowe.
Kiedy analizę robić w stanie ustalonym, a kiedy w nieustalonym?
Ustalony – dla długotrwałych, stabilnych warunków pracy. Nieustalony – gdy interesuje Cię reakcja na zmienny dopływ (opad), włączanie drenażu, napełnianie/opuszczanie zbiornika czy czas dochodzenia do stanu równowagi.
