随着经济的快速发展，对地下水的需求持续增加，由地下水抽取引发的地面沉降问题也越发严重，形成了很多潜在的危险，尤其是在公路、铁路、管道等重大线性工程中。地面沉降的模拟一直是地下水数值模拟中的一项难点。2021年发布的FEFLOW 7.4版本带来了FEFLOW pi-HMC（水力学-岩土力学耦合）插件，在地下水和岩土力学之间架起了桥梁。

FEFLOW pi-HMC能够解决地面沉降产生的有效应力变化问题，有效应力的变化会直接引起水动力参数的变化，同时也可以考虑地表上覆盖的压力，例如冰川以及不同建筑物的重量。该插件输出结果包括渗透系数、孔隙度和贮水率，也可以得到力学上的局部变形（孔隙度变化）、沉降量和有效应力等结果。

pi-HMC插件基于科学公认的地面沉降基础理论（Terzaghi, Hooke, Neuzi等），根据胡克弹性定律，建立了有效应力与渗透系数、孔隙度和贮水率的模型函数。地层可分为多孔介质和裂隙介质，还可以将单个主要裂缝建模为离散特征单元。地面沉降模拟既可以应用于整个模型域，也可以根据模拟需要只选择重点区域以便提高计算效率。

该插件应用范围十分广泛，包括：

Ø 地下水抽取引起的孔隙度降低、地面沉降、含水层固结

Ø 由于压实引起的含水层渗透率下降，导致抽水井出水量减少

Ø 隧道钻孔诱发地面沉降

Ø 有水坝时的岩石稳定性

Ø 向地下注水引起的地面抬升（地热能生产、水力压裂等）

Ø 深层地质放射性废物设施或二氧化碳封存场中的脆性变形

下面我们来通过一个案例，了解一下pi-HMC插件的使用方法。

本案例模拟的是瑞士Rawyltunnl隧道工程引发的地面沉降问题，场地示意图和三维模型如图所示。在这个模型中，我们把水库和隧道都概化为定水头边界，不需要设置渗透系数，渗透系数的值将由FEFLOW中岩土力学的方法直接计算。

使用pi-HMC插件首先要选定需要模拟地面沉降的区域，将选择集保存在面板中，然后使用UserData定义模型的总应力分布，之后在插件的编辑界面对各项参数进行设置。本例中将全部模型区域保存为裂隙介质选择集“Rock”，通过User Data给定总应力分布以及无压情况下的孔隙度，并给定模拟结果中局部变形和沉降量数据集的保存位置。

模型运行后，渗透系数、沉降量、局部变形及前后水头等值线如图所示。本例采用的是稳态模拟，因此只有最终结果，如果采用瞬态模拟，则可以得到每一个时间步的结果。

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