抽水蓄能电站工程区复杂渗流场数值模拟分析及渗控设计方法研究

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1、摘要本文在总结他人研究成果的基础上，围绕抽水蓄能电站的地下工程渗流问题，对与其相关的渗流场有限元分析的前处理、后处理和数值计算以及工程渗流控制措施设计方案等方面做了较详细深入全面的研究工作。本文特色及主要内容如下：(1)在已有排水子结构理论的基础上，编制了排水子结构的二次剖分程序以及与其相关的一系列有限元前、后处理程序。同时，根据目前计算的实际情况，简化了排水孔的模拟方法，采用排水孔的边界直接模拟法，并在原有的渗流数学模型基础上，增加关于溢流型排水孔在不同工作状态下的排水孔边界水力学模型。(2)在他

2、人的研究成果基础上，改进了固定网格求解无压渗流场的结点虚流量法；并结合排水孔的模拟方法，编制了能够模拟具有密集排水孔幕的稳定渗流场有限元计算程序；同时提出了改进的等效结点流量法，并将其编入有限元计算程序中。通过多个不同算例的比较分析，验证了上述方法的准确性。(3)编制了基于等参元逆变换算法的插值计算程序，并在实际工程数值模拟的前、后处理中得到了应用。另外，为了快速有效地进行计算结果的后处理工作，笔者根据已有的理论，结合实际需要，编制了可以绘制渗流场中任意剖面上有浸润线的等水位线图的有限元后处理程序。

3、通过算例验证了它们的准确性，并为实际工程应用提供了极大的便利。(4)根据隐式复合材料单元法，结合实际遇到的问题以及有限元法特点，编制了可以模拟裂隙与断层的前处理计算程序，通过算例验证了该程序的正确性，并在实际工程应用中，大大降低了有限元前处理工作的难度。(5)将上述的成果应用到某抽水蓄能电站的地下工程区整体渗流场的计算分析中，根据计算结果，分析该工程区的渗流场特点以及各项设计渗控措施对渗流场的具体影响情况，最终为该工程的优选渗控设计方案提出相应的科学建议。关键词；改进结点虚流量法排水孔有限元地下工程

4、渗控设计方案数值模拟渗流ABSTRACTn艟authorhasparticularlyresearchedintothecorrelatedpre-proeessing,post-processingandnumericalsimulationoffiniteelementanalysisofseepagefieldandtheschematicdesignofseepagecontrolmeasuresintheundergroundengineeringofpumped—storagepower

5、stationbysummaringtheformerachievement．nemaincontentandthefeatureofthepaperarcasfollows：(1)Basedontheavailableresearchachievementofdrainagesubstructure，ThesecondmeshprogramsandaseriesofcorrelatedFEMpre—processingandpost-processingprogramswel"edesigned．

6、Meanwhile，thedrainage—hole’Sboundarydirectsimulationmethodwasintroducedtosimplifythesimulationmethodofdrainageholebasedonthepracticalsituationsofcomputation，andthehydraulicmodelsofoverflowdrainageholeindifferentworkingstateswereadoptedintotheavailables

7、eepageflowmathematicalmodel．(2)Basedontheformerachievement,thenodalvirtualflowratemethodtosimulateunconfinedseepagefieldwasimproved．TheFEMnumericalsimulationprogramWasdesignedforsteadyseepagefieldwithdenselydistributeddrainageholesintheimprovednodalvir

8、tualflowratemethodandthedrainage-hole’Sboundarydirectsimulationmethod．Meanwhile，theequivalentnodalflowratemethodWasimprovedandadoptedintotheFEMnumericalsimulationprogram．Throughthecomputingofseveraldifferentexamples，theabove-mentionedme