研究内容笔记

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1、控制变量法分析心墙坝渗流场的影响因索,水头差，渗透系数（心墙的厚度，心墙的形式），十石坝或者堆石坝，水涨速度渗流分析的主要任务是确定给泄的渗流场水头，流速分布和渗流量等基本物理量。针对上述各种渗流问题，土石坝渗流计算包括如下内容：（1）计算通过坝体的渗水量。（2）计算坝基屮的渗透力和水头分布，各关键点的水力坡降：土石坝体内的渗透线；渗流岀口坡降；渗流出口坡降等，以便检验其稳定性。（3）预测，评价渗透变性。研究土石坝的渗流问题的方法很多，归纳起来分为三类：（1）即基于各种公式计算渗流特性的理论方法（2）利川模拟原理确定渗流特性的数值模拟和物理模拟方法（3）基于绘制流网图确定渗流特性的

2、图解方法主要研究土石坝的渗流问题的方法：（1）有限单元法是对近似计算的归纳和总结。它既吸收了有限差分法不离散处理的内核，乂继承了变分计算中选择试探函数，并対区域进行积分的合理作法，充分考虑了单元对节点参数的贡献。有限单元法在模拟曲线边界和各向界性渗透介质方面比有限差分法具有较人的灵活性。（2）边界元法在模拟曲线边界和各向异性渗透介质方面比冇限差分法具冇较大的灵活性。边界元法是通过把求解域边界剖分为若干个单元，化边界积分方程为线性代数方程组來求解其数值解得。有限单元法：1,在渗流分析结果的基础上，采用瑞典圆弧滑动法对土石坝边坡进行静力稳定分析。渗流的连续性公式：连续性方程是质量守恒定

3、律在渗流屮的具体应用，是渗流理论的基础，它表明，流体在渗透介质中的流动过程中，其质量既不能增加也不能减少。假定渗透水为不可压缩的均质液体，并且仅考虑垂直方向上的压缩，根据质量守恒定律可以得到课压缩介质渗流的连续性方程：=+(4.1)式中，Q为多孔介质压缩系数；p为渗透水的密度；0为水的压缩系数；冬，勺，込渗流沿坐标轴方向的分速度。根据达西定律，在非均质各向异性可压缩介质中冇代入式（4.1）得:£(匕曙)+鲁“等)+彩&霜)=pg(a+n0)罟(4.2)设"s=pg(a+n0)代入(4.2)舟（嗨）+決閒+訊嗨）=他聲（4・3）在Q区域内（4.3）式即为渗流的基本微分方程，其中H二H

4、（x“z,t）为水头函数;匕，ky,kz为以x“z轴为主方向的渗透系数；血为单位贮水量或贮存率；Q为渗流区域。在不考虑土体压缩性或单位贮存率（即Ms=O）时，上式变为拉普拉斯方程形式的特许情形：鉴于渗流计算有三种主流的计算方法：（1）理论计算浸润线（2）物理模拟一试验模型模拟（3）数值模拟一有限元数值分析我们在研究土石坝在不同防渗设备的渗流计算分析这个课题上，我们将采用笫二种物理模拟一试验模型模拟和第三种数值模拟一有限元数值分析。在物理模拟一试验模型模拟中，我们将采用导电液模型。由于该模型保持了原型介质具有的连续性，并能精确的模拟原型的复杂边界和内部结构，因是求解大型渗流场的有效工

5、貝。插入图片主要介绍一下导电液模型如何模拟待査。数值模拟一有限元数值分析目而用于稳定渗流场的数值模拟方法中，应用较广的当属有限元法。有限元法主要是求解渗流场内的水头函数，确定渗流场内的口由而和渗流量等渗流参数，有限元法即把微分方程和边界条件按变分原理转变为一个泛函求极值得问题，首先把连续体或研究域离散划分成有限个单元体，然后形成代数方程组，在计算机上求解。（参考文献：基于ANSYS的土石坝稳定渗流场的数值模拟）Ansys作为一种大型通用数值分析软件，拥有强大的分析及前后处理功能。根据渗流场与温度场的相似性，通过ANSYS二次开发，实现了基于ANSYS的热分析模块对心墙堆石坝进行渗流

6、稳定分析的功能。（参考论文：基于ANSYS二次开发的的心墙堆石坝渗流分析）2.边界条件第一•类边界条件即已知水头边界：＜p=H；笫一类边界条件即流量边界条件：{n}7[k]{grad（p}=O/xtclq{n}=[nxnynz]r为边界的外法线单位向罐。3,渗透有限元变分根据变分原理，在给定第一，二边界条件下，对上述渗流问题的求解等价于下面泛函取极值。参考文献：白石水库渗流场冇限元分析闫心墙的形式：直心墙，斜心墙。直心墙又可根据其上下游的坡度情况分为上下游坡度相等的直心墙，上下游坡度不相等的直心墙。通过心墙的渗流量与心墙的形式有关，通常可按下列公式计算：k(H2f22-S-sina

7、<[Q]Q——通过心墙的渗流量K——心墙土的渗透系数H・■…心墙上游面处的浸润线高度h--心墙下游面处的浸润线高度5••…心墙的平均厚度即：8=1/2(§!+§2)久…■心墙的顶部厚度62心墙的底部厚度a…••心墙中心线的倾斜角，如图所示。