水中填筑围堰边坡稳定的流-固耦合分析,

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1、水中填筑围堰边坡稳定的流-固耦合分析摘要：通过对流-固耦合的特征和渗透边界的分析，研究了在水中填筑围堰边坡时会受到的影响和应该注意的问题，重点研究了在使用流-固耦合时的特征时间和边界确定，这两个方面的精确度直接影响了最终的计算结果。关键词：围堰；流-固耦合分析；边坡稳定渗流是广泛存在于各大水利工程中的常见问题，渗漏会造成很多严重的后果，甚至是威胁到整个堤坝的安全和稳定，现在大多数的研究都将目光集中在被水浸泡的部位，这些部位在长期的浸泡中变成软土，不具有强大的支撑力。这些研究虽然取得了不少的成果，但是在实际应用中仍旧没有很好的效果，主要原因是是因为忽视了水渗透的特性和边界，导致整个

2、堤坝的稳定性都受到了影响。一、水对边坡的作用想要真正的处理好渗透问题就必须要正确的认识到水对边坡的影响和作用。水是水利工程中最主要的主体，它的特性影响了整个工程的建设，水作为一种流动的液体，具有很多固体所没有的特点，也对堤坝岩土主体造成了不小的影响，长时间的积累会让岩土体的工作效果大大折扣。其中，水对边坡的作用主要表现在以下几点上：（一）减少岩石的有效重量岩石的有效重量是指岩石在建设中的受到地心引力对水产生的压力作用，起到了稳固堤坝的作用。而水作为一种流动液体，可以变成细小的分子渗透在岩石的各个孔隙之中，在渗透的过程中会产生浮力效应，将岩石受到的重力减小，这样就让边坡整体的抗滑力

3、下降，造成整个边坡失稳。（二）降低岩石的强度水中含有很多的化学物质和矿物质，这些物质在水的渗透过程中会和岩石内部的物质发生反应，改变岩石的内部结构，降低岩石整体上的强度。岩土主体的强度下降会对整体的稳定性造成一定程度的影响。（三）对岩石具有较大的冲击力水在运动的过程中会对岩石产生较大的冲击力，日积月累之后会造成岩石的变形或蚀变，造成岩石的不稳定，当遇到比较的降雨或者冲刷时会在巨大压力的作用下发生崩塌，造成大型的滑坡事故。二、流-固耦合分析研究随着科学技术和计算机的发展，对边坡稳定性的计算也越来越精确和实用，尤其是在上世界70年代出现的有限元法等理论，给各种复杂渗透问题的计算提供了

4、便利。流-固耦合在研究上更加的注重水对岩土主体的影响，主要针对了多孔介质的渗透问题，通过一些固定理论和方程的运用，加强了边坡稳定性能的建设，让边坡的作用更加的持久有效。（一）蚁群优化算法1、蚁群优化计算法的研究想要加强边坡的稳定性就一定要解决好两个方面的问题，一个是必须确定好最危险的滑动面的界限位置，另一个是求出最小的安全系数。关于这两个问题的解决办法有了越来越多的研究，其中最为主流的是变分法、随即搜索法和人工智能计算法，这三种方法里面相对比较好的是人工智能计算法。所谓人工智能计算法是指利用自然界的生物规律的启发，结合各种自然界的规律，模仿大自然的解决办法来进行问题的研究。这种研

5、究办法更加的科学合理，蚁群优化法便是其中的一种。在自然界中，外出觅食的蚁群能够在最短的时间内找到食物和洞穴之间的最短距离，这是因为蚂蚁使用了一种特殊的媒介进行了交流，如下图1：图1蚁群觅食行为A和B表示食物和洞穴，而中间表示的路径，由上图我们可以发现，AEB和AFB的长度明显不一样，当蚂蚁外出觅食时，假设分成了两个部分的队伍，蚂蚁之间利用信息素来进行交流，相对比较短的AFB上的道路的信息素会积累的比较长的AEB更快更多，这样一来，蚂蚁便会改变线路选择最好的路线进行运输。2、蚁群优化搜索的函数在边坡的稳定性分析中和蚁群寻找运输路途是极其相似的，将整个问题转化成寻找滑动面最安全的途径

6、，这样就有利于后期建设。一般情况下的土坡滑动主要有两种可能，一种是圆弧滑动，一种是非圆弧滑动。由于边坡受到了很多自然因素的影响，大部分情况下非圆弧滑动。在分析的过程中可以先将整个整个边坡数字化和图形化，建立一个如下图2所示的模型图：图2数字化的模型图将整个的滑面曲线用S表示：S=[S1S2......SN+1]=[X0a1△a1△a2......△aN-1]后面的变量控制着整个曲线点的位置，将其简化之后得到一个安全系数的函数，在进行求解。这种求解方式利用了自然的规律，更加的科学合理。3、有限元应力定义的安全系数安全系数的计算公式如下：将蚁群优化计算方法和这个安全系数计算公式结合起

7、来，根据实际情况进行精确的计算，便可以获得一个比较的科学的最小安全系数，有利于在水利工程施工取得比较好的效果。（二）流固耦合-强度减折理论研究强度减折的方法是在上世纪后期提出的一种方法，在发展和推广的过程中受到了很多外在因素，尤其是科技因素的限制，一直得不到推广，也没办法获得更加权威机构或者专家的认可，但是，随着计算机和高科技技术的不断发展，强度折减法凭借其自身的精确度受到越来越多的专家人士的认同，并逐步的开始广泛使用。主要的计算公式为：这一理论方法已经得到越来越多的人的重视和信