渗流自由面求解方法综述_关明芳

《渗流自由面求解方法综述_关明芳》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第24卷第5期重庆交通学院学报2005年10月Vol.24No.5JOURNALOFCHONGQINGJIAOTONGUNIVERSITYOct.,2005渗流自由面求解方法综述11,2关明芳，陈洪凯(1.重庆交通学院岩土工程研究所，重庆400074；2.重庆大学西南资源开发及环境灾害控制工程教育部重点实验室，重庆400044)摘要：渗流自由面的确定是渗流计算的主要内容之一，本文对目前国内外在求解渗流自由面的方法进行了综合论述，对解析方法、数值方法、渗流模型法、无单元法进行了分析比较，针对目前应用广泛的数值方法，尤其是有限单元法，笔者在文中进行了重点阐述.关键词：渗流自由面；求解方

2、法；综述中图分类号：P642.3，O346.5，P642.21文献标识码：A文章编号：1001-716X(2005)05-0068-06*¶h渗流问题的研究是岩土、水利、边坡等工程领q=mcosq（1）¶t域的一个重要课题，特别是对于存在渗流自由面即*式中，h——自由面上的水头；m——自由面变动[1]浸润面的问题.在边坡、土坝、地下洞室及地下水范围内的土体给水度；q——自由面外法向与垂线运动等渗流分析中，均涉及渗流自由面问题.渗流[3]的夹角.自由面是岩体水力学研究的重点和难点之一，也是GF岩土体边坡稳定性综合研究的重要内容，岩土体边H1AΩ2坡中渗流自由面的确定，可以明确地下水在

3、边坡中渗出面Ω1自由面E[2]的赋存特性及其运动过程.DH2B在早期，由于没有计算机等先进的计算工具，C对堤坝渗流一般采用解析法或相应的经验公式等进图1渗流自由面模式图行近似计算.由于近似解法只适用于简单情况，对图1中，边界AB和CD为已知测压管水位的Dirichlet一些复杂的渗流计算，一般采用流网法和电模拟试边界条件：验.随着电子计算机和计算技术的迅速发展，数值j=H，j=H（2）AB1CD2算法渐渐成为主流，1965年辛克维茨(O.C.边界BC为Neumann流量条件：Zienkiewiz)和张(Y.K.Chang)提出有限元法，应用有{n}T[k]{gradj}=0（3）限

4、元法研究渗流问题，国外始于20世纪60年代中式中，{n}={nnn}T，为边界的外法线单位xyy期，国内则是从70年代起步.经过近30年的发展，向量.有限元法目前在我国渗流计算中的应用已比较成边界AE为渗流自由面，是区域O1和O2的分界面，熟.其上水压强p=0，测压管水位等于位置水头j=z，渗流自由面的确定是渗流计算的主要内容；对自由面以下的点有j>z，以上的点j

5、自由j=z,{n}T[k]{gradj}=0（4）面下降时自由面流入饱和区的单宽流量q：边界DE为渗出面，也是一种较复杂的混合边界，收稿日期：2004-08-27；修订日期：2004-10-10基金项目：交通部跨世纪人才专项基金项目(95050508)、西部交通项目(200332822047)、交通部重点科技基金项目(95060233)及高等学校重点实验室访问学者基金资助项目成果之一.作者简介：关明芳(1977-)，男，辽宁丹东人，硕士研究生，从事岩土工程及地质灾害研究.关明芳,等：渗流自由面求解方法综述69根据问题的原有物理意义，有流量从ED面渗出，段法、基本部件法和阻力系数法三

6、种.水力学法是故有：综合运用水力学的理论公式来推求渗流自由面等渗T[7]j=z,{n}[k]{gradj}£0（5）流问题.排渗、防渗设施的设计及岩土体稳定性分析一2数值方法般都需要确定渗流的自由面(浸润面).岩土体自由数值模拟方法简称为数值法.它本身是一种求[4]面渗流在本质上属于可变域或可动边界问题.近似解的方法.但应该指出，在实际工作中所遇到对于三维潜水水流、铅直面二维水流以及渗出的问题往往只要求有一定准确程度的近似解，只要段水流分析中，渗流自由面的确定是一个难点，也近似程度解满足实际工作的精确要求，这种近似解[5]是地下水流分析中至关重要的问题.目前采用的的价值不低于解析解

7、.更何况在求渗流问题的解析方法有：解析方法、数值方法、饱和-非饱和渗流模解时，进行许多的条件概化，其实得到的也是一个型法、无单元法以及其它一些方法等.近似解，只不过是解法不同罢了.数值方法在我国1解析方法60、70年代就应用到渗流计算中，随着计算机的高速发展，这种方法应用得越来越广泛.解析法，就是用数学物理方法，诸如分离变量渗流计算中常用的数值方法有差分法、有限单法、积分变换等解数学问题的方法求得模型的解析[6]元法，边界元法等等，有时将两种方法耦合求解.解.由于解析