基于ANSYS模拟非稳定饱和-非饱和渗流场
浅谈基于ANSYS的土石坝渗流场模拟
介 质 的分界线应 该与 非均质 岩层 的分界 线也 要保 持
一
情况 ， 由于 Ａ Ｓ Ｓ软件 没有 提供模 拟 图的给水 度 的 ＮＹ 功能 ， 不能直接 分析 非 稳 定 渗 流 的情 况 和渗 流 问题
本身 的复杂性 ， 采用 数值 模拟方 法 ， 如何真 实准确 的 模 拟实 际渗流是 一个 需要 不断完 善 的过 程 。从 而研
参考文 献 ：
［ ］ 毛昶熙 ． 流计算分析与控制 ［ ． １ 渗 Ｍ］ 北京 ： 中国水利水
电 出 版社ห้องสมุดไป่ตู้，ｏ３ ２ｏ．
４ 工 程 实例 分 析
本 文利用 西安市 金盆水 利枢 纽工 程为例 。该 工 程 为大 型二等工 程 ， 于黏 土心墙 土石 坝 ， 址位 于 属 坝
西安 市 的周至县境 内 ， 周至 县城 约 １ ｋ 距 ３ ｍ。该 枢纽
有重要 地位 。对 土石 坝 而 言 ， 透水 流 除浸 湿 土 体 渗 降低其 强度指 标外 ， 当渗 透 力大 到 一定 程 度 时将 导 致坝坡 滑动 、 防渗 体 被击 穿 、 坝基 管 涌 、 土 等重 大 流 渗流事 故 ， 接 影 响大 坝 的运 行安 全 。对 于 混凝 土 直
受力安 全 ； 岸坝 肩渗透 压力 （ 下水 位 ） 两 地 的高 地关 系到坝 肩岸坡 岩体 的抗 滑稳定安 全 。带 有浸蚀 性 的
渗流对 建筑 物和 坝基 的可溶 性 物质 造 成 浸蚀 ， 响 影
结构安 全 问题 。此 外 ， 大 的渗 透 损 失也 将 减少 工 过
程效益 。
（ ） 散化 ： 求 解 域 划 分 为具 有 一 定 几 何形 ２离 将 状 的单元 进行单 元 编号 并 确定 插 值 函数 ， 对结 点 进 行 总体 编号和单元 上 的局部 编号并 给 出结 点局部 标
基于ANSYS的复杂地质条件下大型渗流场计算
基于ANSYS的复杂地质条件下大型渗流场计算水电站设计DHPS第26卷第4期2010年12月基于ANSYS的复杂地质条件下大型渗流场计算段斌,何江达,王瑶(1.国电大渡河流域水电开发有限公司,四川成都610041;2.四川大学水利水电学院,四川成都610065;3.四川电力进出口公司,四川成都610061)摘要:利用ANSYS温度场分析模块计算大岗山水电站复杂地质条件下的大型渗流场,取得了较好的效果.关键词:ANSYS软件;渗流场;计算方法;应用软件;大岗山水电站中图法分类号:TV223.6文献标识码:B文章编号:1003—9805(2010)04—0042—04 1ANSYS进行渗流分析的理论基础1.1ANSYS软件基本情况ANSYS软件是融结构,热,流体,电磁,声学于一体的大型通用有限元分析软件.该软件具有强大的前处理及后处理功能,它的图形界面和交互式操作大大简化了计算模型的创建过程,同时在计算之前,可通过图形显示来验证模型的几何形状,材料及边界条件;在后处理中,其计算结果可以采用多种方式输出,比如计算结果排序和检索,彩色云图,等值线,动画显示等等.与其他通用软件比较,其前,后处理功能优于同类型的软件.ANSYS为我们提供了一个优良的工作环境,使我们从繁琐,单调的常规有限元编程中解脱出来.该软件可以进行热,电, 磁,流体和结构等有限元分析,并可以进行多物理场耦合分析.由于渗流场和温度场可以互相比拟,故采用ANSYS的温度场分析功能进行渗流场的计算,可以取得很好的效果¨.1.2ANSYS温度场分析模块分析渗流场理论基础温度场与渗流场之间具有理论基础相似,微分方程相似,初始条件与边界条件的相似等特点. ANSYS中渗流场与温度场各种相应量比较见表1[一422ANSYS参数化设计语言及其在本文中的运用ANSYS参数化设计语言(ANSYSParameter DesignLanguage,简称APDL)是一种可用来自动完成有限元常规分析或通过参数化变量方式建立分析模型的脚本语言,用建立智能化分析的手段为用户提供自动完成有限元分析过程,即程序的输入可设定为根据制定的函数,变量以及选用的分析类型来做决定,是完成优化设计和自适应网格的最主要的基础_5J.APDL允许复杂的数据输入,使用户实际上对任何设计或分析属性有控制权,例如尺寸,材料,荷载,约束位置和网格密度等...APDL有以下功能:(1)参数;(2)表达式和函数;(3)分支和循环;(4)重复功能和复写;(5)宏;(6)用户子程序.APDL有很多优点,其中之一是可以利用AP-DL从事二次开发.本文借助APDL编制了相应的APDL模块来自动迭代计算出渗流边界和自由面.为了便于与结构计算网格相对应,计算中采取了固定网格法(不变网格法).其中干燥区(自由面以上的区域)的渗透系数取很低的值(本文在具体计算时,干燥区渗透系数取1.0X10cm/s),从而可以实现干燥区和饱和区进行联立统一求解,避免了干燥区渗透系数取为0时导致渗透矩阵奇异而无法进表1ANSYS中渗流场与温度场各种相应量的比较收稿日期:2009一O2—25作者简介:段斌(1980一),男,四川绵阳人,工程师,主要从事水电工程技术和管理工作.行求解.具体计算时,首先将整个计算域视为饱和区,已知的边界条件以实际作用范围输入到计算模型中,通过反复迭代便可最终确定自由面位置.3工程应用3.1工程概况大岗山水电站是大渡河干流规划中的第十四级电站,位于四川省雅安市石棉县境内.工程等级为一等大(1)型工程,开发任务以发电为主,电站总装机容量2600MW,设计多年平均发电量114.3亿kW?h.水库正常蓄水位1130m,总库容7.42亿Ill,调节库容1.17亿IIl,具有日调节能力.电站枢纽工程由最大坝高210m的混凝土双曲拱坝,左岸地下厂房,右岸泄洪洞等组成.3.2地质条件大岗山水电站坝址区河段呈"Q"形嵌入河曲,两岸山体雄厚,谷坡陡峻,河谷狭窄且对称.坝址区地层岩性较为单一,主要为澄江期酸性花岗岩,辉绿岩脉(13)等穿插发育于花岗岩中.厂坝区发育的岩脉,断层众多,其产状以近河流向(NE,SN或NW向)中陡倾角发育为主,垂河流方向(近EW向)发育较少.另外,坝址区还发育有多组裂隙.坝址区发育的岩脉(断层)和多组裂隙共同构成了厂坝区地下水的渗流通道.3.3天然渗流场反演天然渗流场反演分析的目的主要为了确定大岗山水电站三维渗流场的边界水位及岩体的渗透参数, 作为运行期渗流场研究的依据.大岗山水电站天然渗流场反演分析的方法和主要结论参见文献[7].通过反演分析,厂坝区各类岩体的渗透张量见表2.3.4运行期渗流场计算3.4.1计算模型根据大岗山水电站厂坝区主要水工枢纽布置,防渗帷幕布置,排水幕和排水廊道布置情况以及地质地形条件,并考虑计算域的边界效应,三维渗流场有限元计算范围上游取至导流洞进El位置,下游取至导流洞出口位置,顺河向长度约883.0m;横河向左侧边界取至地下厂房洞室群所在的地形分水岭附近,右侧边界取至靠近地形分水岭位置,横河向长度约1423.8m;垂直方向底面取至海拔615.0m.有限元计算坐标定义为:轴:顺河流方向,从上游指向下游为正,轴向方位为SW238.;y轴:垂直河流方向,从右岸指向左岸为正,轴向方位为SE148.;z轴:与x和y垂直,且Z=x×Y,铅直向上.表2厂坝区各向异性岩体的渗透张量雾[芝主.../萎cm~曩s一-1.01×10_41.一等透水组裂隙【对称L822.96.L56m.:3.57x10-4:2.04x10-5.圳.,圳一弱透水组裂隙【对称…;:J………s整个计算域大部分采用空间八节点等参单元进行离散,局部考虑材料介质过渡和地形变化等因素退化为三棱柱和四面体单元,其中运行期计算域共离散为53959个单元和54957个节点.运行期三维网格图见图1,2.3.4.2排水洞(廊道),排水幕的模拟及有关材料的渗透系数在计算模型中,排水洞(廊道)的位置和范围都以节点形式详细模拟.由于排水洞(廊道)在正常运行工况基本不存在失效和出现阻塞的情况,因此其水头按排水洞(廊道)所在高程约束,在迭代计算时,根据排水洞(廊道)是否有排水流量和其水头与位置势是否相等这两个条件来计算渗流自由面. 排水幕的排水效果是通过等效结构面的等效渗透系数来体现的,等效结构面在计算模型中被准确模拟出来,排水幕的等效渗透系数,见表3,主要图1大岗山厂坝区运行期渗流场三维有限元网格43图2大岗山厂坝区运行期坝体+灌浆帷幕+地下厂房三维网格受排水孔尺寸,间距和排数的影响.防渗帷幕在计算模型中以单元形式模拟,有关材料的渗透系数见表4.表3各渗控方案排水幕的等效渗透系数表4设计提供运行期厂坝区部分材料的渗透系数cm/s3.4.3运行期厂区渗流场分析厂区典型剖面的地下水位等势线图,渗透压力等值线图和厂坝区枢纽整体模型的地下水水位(自由面)等值线分别见图3,4.经分析可知:(1)从图3可以看出,由于厂区顺河向防渗帷幕,帷幕后的排水幕(两排)和4层排水廊道(高程1032m,987m,957m,931.4m)的"前堵后排"作用,库水向厂区渗流的自由面在防渗帷幕之后附近显着降低.另外,由于B岩脉的渗透系数远大于周围岩体的渗透系数,防渗帷幕在靠近库水一侧的自由面也有一定的降低.厂区三大洞室中,地下厂房,主变室周边地下水位线较低;对应的外水压力较小,而调压室周边地下水位线相对较高;外水压力相对较大,主要受靠山内一侧的边界水位和运行期调压室水位影响所致.(2)从图4可以看出,靠山内侧的调压室,由于防渗帷幕没有延伸至调压室,而仅有987m高程的排水廊道排水作用,在山体内较高的天然地下水渗流作用,调压室上游侧的地下水位线较高;渗透压力较大,而主变室和地下厂房所在区,虽然山体天然地下水位较高,但是由于上游侧的防渗帷幕,灌浆廊道和4层排水廊道(1032m,987m,957m,931.4m)的"前堵后排"作用,在主变室和地下厂房上游侧地下水位线显着降低,渗透压力也较小.(3)计算成果表明,设计方案的防渗,排水措施能有效地降低厂区三大洞室(尤其是地下厂房和主13t512i51Il5鲁1015\9159157l56I50lO02002004005006007008009000lO0200300400500600700800900 图3运行期厂区三大洞室横剖面水位/渗压等值线∞撕∞啪鲁\13151215llt5吕]015\,158I57】56佰埘5I￡l5【llj蛊i.15\N翱58巧7156】5图4运行期厂区主机间纵剖面水位/渗压等值线变室)周边的地下水位线,厂区三大洞室周边承受的外水压力不大,调压室底部最大压力水头约50m, 地下厂房最大压力水头约10m,而主变室基本位于干燥区,表明设计方案的渗控效果显着.(4)计算成果还表明,厂区1032m高程的排水廊道基本处于干燥区,其对厂区高高程的排水作用不大,可以考虑取消.3.4.4运行期坝区渗流场分析坝区典型剖面的地下水位等势线和渗透压力等值线见图5.经分析可知:(1)由于坝基防渗帷幕对岩体,尤其是坝肩较高高程的弱透水岩体段的阻渗作用,以及帷幕之后排水幕和坝肩排水洞的强排水作用,坝基帷幕前后的水头损失很大,排水幕之后的坝底扬压力很小,坝基建基面925m高程排水幕处扬压力水头减小约90m,位于两岸坝肩中部的坝底扬压力水头减小约120～150m,位于两岸坝肩上部的坝底扬压力水头O10O啪300枷5006o0700800减小约80—100m.(2)坝后水垫塘左岸抗力体排水洞区的自由面位置较低,右岸抗力体排水洞区的自由面位置较高. 由于坝体部位的帷幕,排水幕和排水洞的"前堵后排"作用,使得坝后水垫塘两岸抗力体所在区域的地下水渗流主要受两岸岩体中天然地下水位(右岸高,左岸低)控制.3.4.5运行期厂坝区渗流量通过厂坝区三维渗流场计算,可以获得前述不同计算方案通过厂区排水廊道,地下洞室,防渗帷幕,坝区排水廊道,抗力体排水洞的渗流量,见表5. 4结论(1)本文以大型通用有限元计算软件ANSYS为平台,使用ANSYS温度场分析模块,并用APDL 编制了相应的计算程序,计算了三维渗流场.该方11151015g们5\B157l66150lo0瑚300400500600700800X/mX/m(a)渗压等值线(b)水位等势线图5运行期坝体最大横剖面水位和渗压等值线表5运行期厂坝区各部位渗流量m./d(下转第54页)45图5材料赋值,施加约束和荷载后的有限元模型(a)主压应力等值线p0¨E~zaphic￡图6典型等值线esel,S,elem,,1,1081单元选择sfgrad,pres,,Z,2520.00,一9810.001水荷载施加sfe,all,1,pres(7)计算成果检查.根据已经建好的三维拱坝模型进行线弹性有限元计算,典型的位移,应力等值线见图6.,经与拱梁分载法计算成果比较,其分布规律和拱梁分载法吻合良好,极值差别不大,有限元计算结果可靠.5结语根据ANSYS有限元软件的内在规定,用编程语言编制大坝ANSYS---维模型自动建立的方法和(b)顺河向位移等值线p.'地0r●phjc●思路,能大幅节约建模时间,提高工作效率.(1)直接进行节点,单元建立的三维模型建立方法,节点,单元可根据需要随意调整,且不易发生单元奇异,有利于后面的计算收敛,减少奇异单元检查工作.(2)合理的单元规划很重要,根据建筑物的重要性和受力特点进行单元划分分组,并以每一组单元的交界作为单元控制面进行不同组单元的衔接, 单元的疏密能满足计算的要求,单元编号有序,更易控制.(3)前处理采用生成ANSYS命令流文件的方式进行模型材料的赋值,约束及荷载的施加,方便,准确,且便于修改.(上接第45页)法将ANSYS软件与复杂渗流场计算结合起来,方便人们进行大型复杂模型的建模和后处理工作,所建立的有限元计算模型不仅适用于渗流场的计算,还可用于应力场的计算.(2)大岗山水电站地质情况复杂,运行期厂坝区渗流场计算模型复杂,单元众多,渗控措施模拟难度大,采用ANSYS温度场分析模块后,由于其强大的前处理,后处理,二次开发的功能,可以较方便地对大岗山水电站厂坝区渗流场进行模拟计算,并取得较好的效果.参考文献:54[1]ANSYS中国公司.ANSYS高级技术分析指南[M].北京:美国ANSYS北京办事处,2005.[2]任辉启.ANSYS7.0工程分析实例详解[M].北京:人民邮电出版社,2004.[3]李景涌.有限元法[M].北京:北京邮电大学出版社,1999.[4]李军华.大坝渗流监测系统设计及渗流计算机模拟[D].郑州:郑州大学,2004.[5]龚曙光,谢桂兰.ANSYS操作命令与参数化编程[M].北京: 机械工业出版社,2004.[6]刘涛,杨凤鹏.精通ANSYS[M].北京:清华大学出版社,20o5.[7]唐正州,段斌,何江达,等.大岗山水电站厂坝区三维天然渗流场反演分析[J].四川水利,2007,(1).。
饱和——非饱和非稳定渗流数值分析中初始状态的研究
ｌ ｗ ｒ ｕ ｆｏ ａ ｅｓ ｍ ｍ ｚ ｄ ｈ ｒ ｉ Ｔｈ ｓｒｂｕ ｉｎ ｏ ｏ ｅ ｗａ ｅ ｒ ｓ ｕ ｅ ｇ ｎｅａｉｅ ｙ ｈ ｅ ｓ ｅ ａａ ａ ｄ ｔ ｎｔａ ｏ ｅ ｗａｅ ｅ ｅ ｅｎ． ｅ ｄｉｔ ｉ ｔｏ ｆｐ ｒ ｔ ｒｐ ｅ ｓ ｒ ｅ ｒ ｌｚ ｄ ｂ ｔｅ ｍ ａ ｕｒｄ ｄ ｔ ｎ ｈｅ ｉ ｉｉｌｐ ｒ ｔｒ ｐ ｅ ｓ ｒ ａｃ ｌｔ ｄ ｂｙ ａ ｏ ｔｎ ｏｕ ｉｎ ｆｓａｂｅ ｓ ｅ ｇ ｏ ａｅ ｄｓ ｓ ｅ ｒ ｓ ｕ ｅ ｃ ｌ ｕ ａｅ ｄ ｐ ｉｇ ｓ ｌｔｏ ｓ ｏ ｔ ｌ ｅ ｐａ ｅ ｆ ｗ ｒ ｉｃｕ ｓ ｄ， ａ ｄ ｈ ｎ ｔ ｅｒｏ ｃ ｅ ｆａ ｌｃ ｔ ｎ ａ ｄ ｔ ｅ ｌ ｎ ｔｅ ｈ ｉ ｗｎ ｓ ｏｐ ｓｏ ｐｐ ｉａｉ ｎ ｈ ｏ
ＹＵＡＮ Ｊ ｎ ｐｎ ，Ｃ ｅ－ ｉ １Ｌ－ ｎ ｕ —ｉｇ ＨＵ Ｆ ｉ ｅ ，ｊ ｉｔ ｇ ｆ ｏ （ ｅｔ ｈｉ ｌ ｅｅｒｈＩｓｔｔ ｏ ｏ ａ Ｕ ｉ ｒｔ， ａｊ ｇ ２０ ９ ， ｉ ｇｕ Ｃ ｉ ） Ｇ ｏｅ ｎｃ ｓａｃ ｎｔｕｅ ｆ ｈｉ ｎｖ ｓ ｙ Ｎ ｎｉ １０ ８ Ｊ ｎｓ ， ｈｎ ｃ ａＲ ｉ Ｈ ｅｉ ｎ ａ ａ
Ａｂ ｔａ ｔ ｈ ｅ ｅ ａ ｍｅ ｈ ｄ ｏ ａｃ ｌ ｔ ｇ ｉ ｉ ａ ｏ ｅ ｗ ｔ ｒｐ ｅ ｓ ｒ ｎ ｎ ｍｅ ｉａ ｎ ｌｓｓｏ ａｕ ａｅ — ｎ ａｕ ａｅ ｅ ｐ ｇ ｓ ｒ ｃ ：Ｔ ｅ ｇ ｎ ｒ ｔ ｏ ｓ ｆｒｃ ｌｕ ａｉ ｎｔ ｌｐ ｒ ａｅ ｒ ｓ ｕ ｅ ｉ ｕ ｒ ｌａ ａｙ ｉ ｆｓ ｔ ｒ ｔｄ ｕ ｓ ｔ ｒｔ ｄ ｓ ｅ ａ ｅ ｌ ｎ ｉ ｃ Fra bibliotek【 摘
考虑饱和一非饱和渗流的土石坝渗流及稳定性计算
和渗流计算结果的土石坝单宽渗流量为 8.380×10-4 m3/d·m，而考虑饱和-非饱和渗流计算结果的土石坝 单宽渗流量为 12.113×10-4 m3/d·m。故考虑饱和-非 饱和渗流计算结果得出的渗流量相较于考虑饱和渗 流计算得出的渗流量要大。
考虑饱和-非饱和渗流的土石坝渗流及稳定性计算
张守仁 （安徽省地质实验研究所 ，安徽 合肥 230000）
安徽建筑
岩土工程与地基基础
摘 要：以某土石坝为研究对象，依托 Geo-studio 软件的渗流 计算和边坡稳定性计算模块，文章比较了仅考虑饱和渗流与考 虑饱和-非饱和渗流两种状态下土石坝坝体的渗流和稳定性 计算结果差异。计算结果显示，考虑饱和-非饱和渗流状态下 的土石坝浸润线位置较仅考虑饱和渗流状态下的要高，单宽渗 流量更大；与此同时，坝坡稳定性计算结果显示考虑饱和-非 饱和渗流状态下的土石坝稳定性系数较仅考虑饱和渗流状态 下的低。 关键词：土石坝；饱和-非饱和渗流；稳定性计算 中图分类号：TU441+.35 文献标志码：B 文章编号：1007-7359（2019）09-0196-03 DOI：10.16330/ki.1007-7359.2019.09.077
据工程资料建立了数值网格模型。模型共有 6780 个 节点，6846 个单元，网格模型图及材料分类如图 1 所 示。
土石坝施工简单，地质条件要求低，造价便宜，因 此是水利工程建设中一种重要的坝形[1]。在水库运行 期，土石坝的渗流场实际上是饱和渗流场与非饱和渗 流场的统一结合体 。 [2-4] 然而在目前常规的渗流分析 中，往往只考虑了坝体在饱和渗流状态下的渗流和稳 定性计算情况，并运用该结果来指导土石坝的施工。 然而这与坝体的实际渗流场分布不相符，应用该结果 来指导实践必将出现偏差，不利于施工安全。因此， 开展土石坝在饱和-非饱和渗流状态下的渗流计算和 稳定性计算是极有必要的。
基于ANSYS的土石坝稳定渗流场的数值模拟
基于ANSYS的土石坝稳定渗流场的数值模拟一、本文概述随着水利工程的日益发展，土石坝作为一种重要的水利结构，其稳定性与安全性受到了广泛关注。
渗流是土石坝中普遍存在的物理现象，对坝体的稳定性产生深远影响。
因此，对土石坝稳定渗流场的深入研究和分析具有重要的工程实践意义。
本文旨在利用ANSYS这一强大的工程模拟软件，对土石坝的稳定渗流场进行数值模拟，以期更准确地理解渗流对土石坝稳定性的影响，并为土石坝的设计、施工和维护提供理论支持和实践指导。
本文将简要介绍土石坝及其渗流现象的基本概念，阐述稳定渗流场研究的重要性和必要性。
然后，详细介绍ANSYS软件在水利工程中的应用，以及其在土石坝稳定渗流场数值模拟中的优势。
接下来，本文将详细描述数值模拟的过程，包括模型的建立、边界条件的设定、计算参数的选择等。
通过对模拟结果的分析和讨论，揭示土石坝稳定渗流场的特征和规律，为土石坝的安全稳定运行提供理论支撑。
本文的研究不仅有助于深化对土石坝渗流规律的理解，也有助于提升水利工程的设计水平和施工质量，为保障水利工程的安全运行提供有力支持。
二、土石坝渗流基本理论土石坝是一种利用当地石料、土料或混合料，经过抛填、碾压等方法堆筑成的挡水建筑物。
在土石坝的运行过程中，渗流是一个不可忽视的物理过程，它关系到坝体的稳定性和安全性。
因此，对土石坝渗流的基本理论进行深入研究，对于保障坝体安全、优化坝体设计具有重要意义。
渗流是指液体在固体骨架中通过孔隙或裂隙流动的现象。
在土石坝中，渗流主要受到重力、孔隙水压力、坝体材料性质以及边界条件等因素的影响。
当库水通过坝体向下游渗流时，会形成一定的渗流场。
这个渗流场是一个三维的空间分布，其中包含了渗流速度、渗流压力、渗流量等多个物理量。
土石坝的渗流场分析通常采用达西定律来描述渗流速度与渗流压力梯度之间的关系。
达西定律表达式为：v = -k * (dP/dx)，其中v为渗流速度，k为渗透系数，dP/dx为渗流压力梯度。
基于ANSYS的土坝三维渗流场模拟
h z
）＝0
h│t=t0＝h（x，y，z）
温度场
温度 T
热流量 Qr 热传导系数 kr 热传导速度 qr
温度梯度 E
热传导定律：Qr＝AKr
dT dn
x（krx
T ）+ x
y（kry
T ）+ y
z（krz
T ）＝0 z
T│t=t0＝T（x，y，z）
h（M，t）│Γ＝φ（s M，t）
T（M，t）│Γ＝φ（s M，t）
2 渗流场计算理论及方法
由于渗流场与温度场有极大的相似性，基于此可利用
ANSYS 热分析模块来分析渗流问题。
用有限元方法求解渗流场时最核心、最复杂的问题便是
渗流自由面的确定。目前常用的方法有固定网格法和变动网
格法，这两种方法均可以用 ANSYS 的 APDL 参数化编程语言
来实现，变动网格法需要借助 ANSYS 的生死单元功能来实
现，而固定网格法计算相对简单实用，本文采用 Bathe(1979)年
提出的单元传导矩阵调整法来进行计算，将整个渗流域 R 划
分为两个子域 R1 和 R2。在自由面以上的子域 R1 中节点流速 为 0，令其渗透系数 k 降低至很小的值；在自由面以下子域 R2 中，流速大于 0，其渗透系数 k 仍保持不变，即：
1 引言
在水库除险加固工程中，渗流问题一直是关系到土石坝 安全的关键。目前渗流分析计算领域中应用比较广泛的有数 学解析法、电模拟法和数值分析法。数值分析方法主要有：有 限差分法、有限单元发和边界元法。其中，有限元法随着各种 大型有限元软件快速发展而得到了广泛的应用，常用的大型 通用有限元分析软件有 ANSYS、ADINA、ABAQUS 等，也有一 些专门针对渗流场的计算软件，如 Seep3D、Autobank、STSE、 Modflow 等。各种计算方法和软件各有优缺点，对于复杂边界 条件和复杂渗流介质的空间渗流问题很多平面渗流计算软件 都无法准确计算，本文提出利用 ANSYS 的热分析模块来分析 土石坝的三维渗流问题，并将 ANSYS 三维分析成果中的典型 断面和 Autobank 计算结果进行对比，检验计算结果的准确 性。本文的方法为解决复杂边界、多种介质、多物理场耦合的 三维渗流问题提供有效的方法。
基于ANSYS的土石坝渗流与稳定分析研究的开题报告
基于ANSYS的土石坝渗流与稳定分析研究的开题报告一、研究背景和意义土石坝是一种重要的水利工程结构，其安全稳定性直接关系到人们的生命财产安全和社会经济发展。
而渗流问题是土石坝安全稳定性研究的重要内容之一。
在土石坝工程设计、施工和运行过程中，渗流问题一直是困扰工程师的难题，如何在渗流对土石坝安全稳定性产生影响的情况下，保证土石坝的安全运行是当前亟需解决的问题。
本研究利用ANSYS软件，通过有限元数值模拟方法，研究土石坝内部的渗流分析及土石坝的稳定性分析，旨在探讨土石坝渗流及其对稳定性的影响规律，为土石坝设计、施工和运行提供技术支撑和依据。
二、研究内容和方法本研究的主要内容有两个方面：一是土石坝内部渗流模拟及分析；二是土石坝稳定性分析。
具体通过以下步骤实现：1. 确定研究对象：本研究以某一具体土石坝为研究对象，对其渗流分析及稳定性进行模拟和分析。
2. 建立土石坝模型：根据实际情况建立土石坝三维有限元模型，包括坝体、坝基、边坡等，考虑土、石材料的物理力学特性。
3. 渗流模拟：对建立的土石坝模型进行渗流模拟，通过ANSYS中的多孔介质渗流模型，对土石坝内部流场进行数值计算和分析。
4. 渗流分析：根据渗流模拟结果，分析产生渗流的原因，判断坝体、坝基是否产生渗漏现象，并分析渗漏现象的破坏机理。
5. 稳定性分析：根据建立的土石坝模型，通过ANSYS有限元分析软件对土石坝的稳定性进行数值计算，分析坝体的变形、破坏状况，确定安全系数，预测土石坝的破坏条件。
三、预期成果和意义本研究通过ANSYS软件，对土石坝内部的渗流分析及稳定性分析进行研究，预期取得以下成果：1. 对土石坝内部渗流模拟及分析技术的研究与应用，提高土石坝设计、施工和运行的水平，为工程师在实际工程中提供技术支撑和依据；2. 对土石坝安全稳定性分析方法的探究和应用，为土石坝的安全设计和管理提供科学依据，提高工程的安全性和经济效益；3. 深入了解土石坝渗流及其对稳定性的影响规律，为水工、环境等领域的科研人员提供参考，促进相关学科的发展。
降雨条件下饱和-非饱和土坡的渗流分析
２５２） １ ０ １
摘要 ： 运用饱和一 非饱和渗流有 限元 法模 拟降雨条件下饱和一 非饱和土坡暂态渗流场 的 变化情况， 析 降雨 强度 、 分 降 雨历 时以及土壤饱和渗透系数等参数对非饱 和土坡 基质吸力的影响． 分析结果表 明： 当饱和渗透 系数较大 、 降雨 强
度小 时， 降雨入渗充分 ， 隙水压力梯度 变化大； 孔 饱和渗透 性小 时， 降雨影 响的深度 变浅 ， 基质 吸力逐 渐丧失 ； 降雨
初期 ， 隙水压 力梯度 变化最 明显 ， 降雨 ８ｈ之后 ， 孔 在 基质吸力完全丧失 ， 于土坡稳定 安全不利． 对 关键词 ：降雨；饱和一 非饱和 ； 流；基 质吸力 渗 中图分类号 ： Ｕ４ １４ ｓ ｔ ｒ ｔｄ ｕ ｓ ｔ ｒ ｔ ｄ ｓｏ ｅ ｕ ｄ ｒｒ ｉ ｆ ｌ ｅ ｐ ｇ ｎ ｌ ｓｓｏ ａ ｕ ａ ｅ － ｎ ａ ｕ ａ ｅ ｌ ｐ ｎ ｅ ａｎ ａ ｌ
ｓｅ ｔｓ ｅ ａ ｅｆ ｌ ｆ ａｕ ａ ｅ － ｎ ａ ｕ ａｅ ｌｐ ｓｓｍｕ ａ ｅ ｎ ｔ ｅｃ ｓ ｆｒ ｉｆ ｌ。ａ ｄ ｔ ｅｉｆｕ ｎ ｅｏ ｉｎ ｅ ｐ ｇ ｉ ｄｏ ｔ ｒ ｔｄ ｕ ｓ ｔ ｒ ｔｄ ｓｏ ｅｗａ ｉ ｌｔｄ ｉ ｈ ａ ｅｏ ａｎ ａｌ ｎ ｈ ｌｅ ｃ ｆ ｅ ｓ ｎ ｒ ｉｆ ｌ ｉ ｔｎ ｉｙ ａｎ ａｌｄ ｒ ｔｏ ｎ ａｕ ａｉｎ ｐ ｒ ｅ ｂ ｌ ｙ ｃ ｅｆ ｉｎ ｎ ｔ ｅｍａ ｒｃｓ ｃｉｎ ｏ ｈ ｎ ａｎ ａｌ ｎ ｅ ｓｔ ，ｒ ｉｆｌ ｕ ａ ｉｎ ａ ｄ ｓ ｔ ｒ ｔｏ ｅｍ ａ ｉ ｔ ｏ ｆｉ ｅ ｔｏ ｈ ｔｉ ｕ ｔ ｆｔ ｅｕ － ｉ ｃ ｏ
Ｌ ｎ ＨＡＮＧ ＩＰｉｇ ，Ｚ Ｑｉ，ＣＨＥＮ ａ － ｉｎ Ｘｉｏｎａ ｚ
（ ．Ｃｏ ｌｇ ｆＣｉｉ １ ｌｅ ｅｏ ｖｌＥｎ ｉｅ ｒｎ ｇｎ ｅｉｇ，Ｌａ ｚ ｏ ｎ ｈ ｕＵ ｎｖ ｆＴｅｈ Ｌ ｎ ｈ ｕ ７ ０ ５ ｉ．ｏ ｃ ．， ａ ｚ ｏ ３ ０ ０，Ｃｈｎ ｉａ；２ ．Ｄｅ ｔ ｆＡｒ ｈｔｃｕｒ ｇ ｉｅ ｒｎ ，Ｓｕ ｈ ｕＩ ｄｕ ｔ ａ ｐ ．ｏ ｃ ｉｅ ｔ ｅＥｎ ｎ ｅ ｇ ｉ ｚ ｏ ｎ ｓｒ ｌ ｉ
基于饱和-非饱和理论的尾矿库渗流场模拟分析
90工业安全与环保2013年第39卷第10期I ndus t r i al Saf et y a nd Envi w nnm [1t al Pr o t ect i onO ct ober 2013基于饱和一非饱和理论的尾矿库渗流场模拟分析朱毅川1徐克2程镇2杨楠2(1．中国地质大学工程学院武汉430074；2．湖北省安全科学技术研究中心武汉430070)摘要在稳定性分析过程中，尾矿库力学参数选取困难，尾矿库边界条件复杂，需要能够较为精确预测尾矿坝浸润线位置和稳定性计算的方法。
在饱和一非饱和渗流理论研究的基础上，对尾矿库渗流场的分布进行了数值模拟，通过对比研究，饱和一非饱和模型比饱和渗流模型更加符合尾矿库的渗流规律。
研究了初期坝透水性与干滩长度对尾矿库浸润线的影响，对比分析了影响尾矿库渗流的一些关键因素，以期能更好地解决尾矿库渗流稳定性评估问题。
关键词尾矿库稳定性分析数值模拟饱和一非饱和理论T he S i m ul a t i on of T ai l i ngs Seepage Fi el d B as edont heSaturat ed —-嘲turat edT heor yZ H U Y i c hua nlX U K e2C H EN G Zben2Y A N G N an2(1．Eng ／neer ／ngFacul t y ，C hi na U ni ver si t yofC ．eos ci encesW uba n430074)A bst r actI n t he s t abil i t y anal y si s of t he r ai l i ng s ，t he sel e ct i on of t he m ec ha nl e al para m et e r s of t he t ai li ngs is usua l l y i na c-cu _rl l t ea ndSOi t i s ba dl y i n need ofa m or e ac cu r at e m et h od t o f or ecastt aat ,峥dam s ee pa ge l l ne l ocat i on a nd s t abi l it y ca l cu-l at i on becaus e of t he bou ndar y condi t i ons of t he t a i l i n 铲．Base d o nt he sa t ura t e d —unsa t ura t e d s ee pa ge t heor y ，t he di st r i bu-t i m 0f t he t ai li ng pond s ee pa ge f i el d is si m ul a t e d i n t his paper ．．I l II oL 曲com parat i ve gt udy ，i tis f ound t hat sat ur at e d —t i nsa t ura t ed m odelc anbet t er agr e et o t het aaa 啦seepage r ul e t han sat ur at ed s ee pa ge m odel ；t he i nf l uence s of t he i ni ti al da ml m m eabi l i t y a nd dr y l e ngt ho nt het aj l i I 骖i nf i l t r at i ng l i near er es ea r ched ．The paper ha sal so 舡l a 】咖脚80nl e keyf act or s af-f ect i ngthe 咖seepagei n or de r t o bet t er addr es s t he r ai li ngs s ee pa ge st abi l i t y asse ssm en t ．K ey Wor ds t ai l ings ponds t abi l it ymla ：Iys i 8num er i c alsi m ul a t i onsa t ura t e d —unsa t ura t e d t heor y0引盲尾矿库浸润线的高低是影响尾矿堆积坝稳定性的主要因素之一。
降雨条件下饱和-非饱和土坡的渗流分析
￡ ， （ｔ＞０） ）
（） ３
（ ） 中 ， ，，） ３式 ｈ （ ｔ为固定 压力水 头值 。
（） ２ 已知 流量边界 Ｓ ， ： 则
（ ） ＝９ （ （￡＞０） （） ４
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６ ７ ４２
科
学
技
术
与
工
程
７卷
（ ） 中 ｎ为边 界 面单位 法 向矢 量 ； ４式 ｑ为边界 的 法 向
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第 ７卷
第２ ４期
２０ ０ ７年 ｌ 月 ２
科
学
技
术
与
工
程
Ｖ Ｊ７ Ｎ ． ４ ０． ｏ ２
Ｄｅ ．２ （ ｅ ｏ） ７
１７ －８９ ２ ０ ）４ ６７ －５ ６ １ １１ （ ０７ ２ —４ １０
Ｓ ｉｎ ｅ Ｔ ｃ ｎ ｌｇ ｎ ｇｎ ｅ ｉｇ ｃ ｅ ｃ ｅ ｈ ｏｏ ｙ ａ ｄ Ｅｎ ｉ ｅ ｒｎ
为两种模型 ： １ 积水模型。当降雨强度小 于土壤 （） 的人渗能力时， 雨水 将全部人渗 ， 第二类边界 条 按 件处理；２ 降雨模型。当降雨强度超过 土壤 的人 （）
文献标识码
Ａ
滑坡 和泥石 流 是 常 见 的 自然 灾 害 ， 响它 的 因 影
渗率为饱和人渗率 。一般在降雨初始 ， 地表的含水
率梯 度很 大 ， 人渗 率也 很 高 ； 着 人 渗 的进 行 ， 随 含水
素很 多， 大量研究结果 表明， 降雨是 引起这些 自然
灾 害 的重要 因素之 一 … 。 究其 原 因 ， 要是 由于 随 主
＠
２０ Ｓｉ Ｔｃ．ｎｎ． ０７ ｃ ｅｈＥ ｇｇ ．
水 利 技 术
降 雨 条 件 下 饱 和 一 饱 和 土坡 的渗 流 分析 非
应用ANSYS方法揭示海水循环泵蜗壳流道内部非稳态流场的研究
及 叶 轮流 道进 行 了 数 值 分析 。 分析 研 究其 内 部流 动
特性 为 判定 其水 力 设计 的 合 理性 、 模 型 的改 进 和优
化提 供 了 依 据 。
１ 计算 输 入
１ ． １ 物 理 模 型 的 建 立
应用 Ｕ Ｇ 软 件 对海 水 循环 泵 进 水 流 道 蜗 壳 流 、
．１
ｍ，
ｎ ＝ １ ６９
ｍ ｒ／
ｎ ｉ
，
在 该 况 下 进 行 边 条 件 设 置 ｐ＝
１
０３
０ｋ
ｇ
３
／ｍ
。
工
界
的
，
进 边 界 条 件设 置 为 流 量进 ｎ
口 ，
４ （＾ ＝２ ９ ７
１ ． ２ ５ ｋ ｇ ／ｓ 。
３ １ ．
基 本 方 程
假 定 海 水 循 环 泵 内 流 体 流 动 为 不 可 压 缩 、 非 定
４ ３ １
．
．
壁面 边 界 条 件
壁 面 条 件用 来 限 制 流体 的 边 界 计算 中 取粘 性 ，
流 体无 滑 移 条件 即 时均 速 度 和 脉动 速 度 的 各 分
为 ６０／（
１
６ ９ ｘ １
００
）
ｓ ，
是 时 步 算 间 间 隔 即
间
长 为 计 ，
０
００３
．
５ ５ ０２ ９
５ ８ ６ｓ。
叶
轮旋转 ８ 周 的情 况
总时 组 则
间 为 两 （ ８ ｘ ６ ０ ）／ １ ６ ９ Ｓ ｄ
，
接触 面 和 设 置 为 Ｄ ｒ ｆ
饱和-非饱和土渗流数值分析方法综述
建 筑 技 术
Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
第 ４７卷第 ５期 ２０１６年 ５月
Ｖ＿ ０ｌ＿４７ Ｎｏ．５ Ｍ ａｖ．２０１６
饱和 一非饱和 土渗流数值分 析方法综述
王成华 ， 张燕青
（天津大学建筑工程学院 ，３０００７２，天津 ）
摘 要 ：饱和 一非饱和渗流是岩土工程中最常见的 问题之一 ，国内外针对这 －ｆ￣ ｑ题进行了大量 的数值 分析 研究 。通过对饱和 一非饱和渗流数值分析研究进行总结 ，从渗流分析模型与方法 、非饱和土的渗透特性 、 初始条件以及非饱和土降雨入渗边界条件四个方面介绍了饱和 一非饱和渗流数值分析 的研究现状 ，讨论 了现 有分析方法存在 的问题 。在 目前普遍考虑单相流的情况下 ，应该重视气相 的影响 ；重视非饱和渗透特性 的确 定 ，研究数值拟合 中各参数 的合理取值 ，同时注 重非饱和渗透特 眭的实验量测 ；为提高饱和 一非饱和渗流数 值分析 的准确性 ，应该重视提出符合实际 的初始孔压场 ，提出合理 的边界条件 。
以下的饱和区内的渗流，而忽略了非饱和区内的渗流 ， 和方法已经比较成熟 ，但饱和 一非饱和渗流控制方程
．
Ｋ ｅｙｗ ｏｒｄｓ： ｓａｔｕ ｒａｔｅｄ－ｕｎｓａｔｕ ｒａｔｅｄ ｓｅｅｐａｇｅ； ｔｈｅ ｐｅｒｍ ｅａｂｉｌｉｔｙ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ； ｉｎｉｔｉａｌ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ； ｂｏｕｎｄａｒ ｙ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ； ｎｕｍ ｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ
岩土工程中的渗流问题所涉及的多为饱和 一非饱
，
ｔｈｅ ｐｅｒｍ ｅａｂｉｌｉｔｙ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｕｎｓａｔｕｒａｔｅｄ ｓｏｉｌ ｔｈｅ ｉｎｉｔｉａｌ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｈｅ ｒａｉｎｆａＵ ｉｎｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ ，
堤坝饱和-非饱和渗流场数值模拟及稳定性分析的开题报告
堤坝饱和-非饱和渗流场数值模拟及稳定性分析的开题报告一、选题背景与意义随着我国经济和社会的快速发展，对水利水电建设的需求也越来越大。
而水利工程中的堤坝工程是一个关键的领域，其稳定性问题一直是一个热点问题。
在堤坝设计和施工过程中，要考虑到多方面因素，其中之一是堤坝内的渗流问题。
如果渗流问题得不到解决，将会对整个工程的安全性产生极大的影响。
因此，对堤坝饱和-非饱和渗流场数值模拟及稳定性分析具有重要的理论和实际意义。
二、研究内容与方法本课题将以一座某水库工程的堤坝为例，开展以下研究内容：（1）对该堤坝进行渗透试验，获取堤坝内的水文地质参数；（2）建立该堤坝的饱和-非饱和渗流场数值模型；（3）在ANSYS等软件中进行数值模拟，并进行模型验证；（4）对模型的稳定性进行分析。
具体方法包括：（1）对堤坝结构、土质组成、水文地质条件进行调研和实地勘察；（2）结合试验数据建立堤坝的饱和-非饱和数值模型；（3）利用有限元方法在ANSYS等软件中进行模拟计算，并比对实验数据以验证模型的准确性；（4）通过分析模型结果，预测堤坝在满足设计要求的前提下的稳定性。
三、研究意义本研究对于提高水利工程建设质量、优化设计方案、保障工程安全等方面有着积极的促进作用。
具体如下：（1）促进水利工程领域渗透试验方法的改进与完善；（2）提高堤坝饱和-非饱和渗流场数值模拟技术水平，并在实际工程中得到应用；（3）为堤坝设计和施工提供科学依据，减轻水利工程的风险；（4）为今后更深入地研究水利工程的渗流问题提供理论基础和经验参考。
四、研究进度安排本研究将于XX年XX月开始，具体进度安排如下：第一阶段（XX年XX月-XX年XX月）：调研和实地勘察，获取实验试验数据和工程参数。
第二阶段（XX年XX月-XX年XX月）：分析和处理数据，建立数值模型。
第三阶段（XX年XX月-XX年XX月）：进行数值模拟计算，并与实验数据进行比对。
第四阶段（XX年XX月-XX年XX月）：对模型结果进行分析和总结，撰写研究报告。
基于水气二相流的稳定饱和-非饱和渗流模拟研究
基于水气二相流的稳定饱和-非饱和渗流模拟研究
孙冬梅;朱岳明;许艳杰
【期刊名称】《大连理工大学学报》
【年(卷),期】2006(046)0z1
【摘要】非饱和带的渗流过程实质上是水、气两种流体在土壤孔隙中相互替代的过程,因此采用水-气二相流模型求解饱和-非饱和渗流问题更加合理.根据水、空气的质量守恒定律和达西定律,结合多相流理论建立水-气二相流模型,采用高效的积分有限差分法求解,给出精确模拟水相、气相边界的处理方法.通过求解Muskat稳定渗流问题得到逸出面长度与解析解基本一致,验证了水气二相流模型的有效性;由孔隙水压力、孔隙气压力和毛细压力的分布可知,稳定渗流中气相的影响几乎可以忽略,而非稳定渗流中气相的影响有待进一步研究.
【总页数】6页(P213-218)
【作者】孙冬梅;朱岳明;许艳杰
【作者单位】河海大学,水利水电工程学院,江苏,南京,210098;河海大学,水利水电工程学院,江苏,南京,210098;沈阳市水利建筑勘测设计院,辽宁,沈阳,110015
【正文语种】中文
【中图分类】TU457
【相关文献】
1.基于双剪理论的饱和/非饱和渗流边坡稳定性分析 [J], 马宗源;任;党发宁;廖红建
2.基于非饱和-饱和渗流的降雨入渗边坡稳定性分析 [J], 董建军;王思萌;杨晓萧;聂
兰磊
3.饱和-非饱和渗流条件下土堤边坡渗流稳定分析 [J], 石敏香;付国栋
4.考虑饱和-非饱和渗流的土石坝渗流及稳定性计算 [J], 张守仁
5.非饱和地表径流-渗流和流固体耦合条件下降雨入渗对路堤边坡稳定性研究 [J], 刘俊新;刘育田;胡启军
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基于饱和-非饱和渗流的煤层注水数值模拟及应用
基于饱和-非饱和渗流的煤层注水数值模拟及应用吴兵;于振江;王紫薇;江泽泳【摘要】针对当前同忻煤矿井下粉尘浓度偏大、工作条件恶劣以至严重影响该矿安全生产的问题,根据非饱和土渗流理论,提出采用 comsol 有限元数值模拟软件进行煤层注水方案优化,最后进行现场应用及效果测定。
通过数值模拟得出同忻矿8103工作面的煤层湿润半径约为15 m,在保持4°倾角条件下,其湿润范围最大。
采用了新的注水方案后,工作面的粉尘浓度明显降低,其中采煤机中部和前滚筒下风侧10 m 处的降尘率分别达到了19.55％、30.62％。
%For larger concentration of dust in the current Tongxin Coal Mine and the poor working conditions,which seriously affects mine production safety issues,based on unsaturated flow theory,this article uses comsol finite element simulation software to optimize seam water injection program,and make the final determination of field application and effect. The results shows:the moist radius of 8103 working face in Tongxin Coal Mine is about 15 m,and in keeping + 4°inclination conditions,th e moist range max. After the introduction of a new water injection program,the dust concentration was signifi-cantly lower. The rate at which the dust before the shearer drum central and leeward side of the 10 m position reaches 19.55%、30.62% respectively.【期刊名称】《中国煤炭》【年(卷),期】2015(000)006【总页数】4页(P102-105)【关键词】不饱和土;非饱和流动;煤层注水;湿润半径【作者】吴兵;于振江;王紫薇;江泽泳【作者单位】中国矿业大学北京资源与安全工程学院，北京市海淀区，100083;中国矿业大学北京资源与安全工程学院，北京市海淀区，100083;中国矿业大学北京资源与安全工程学院，北京市海淀区，100083;中国矿业大学北京资源与安全工程学院，北京市海淀区，100083【正文语种】中文【中图分类】TD714.41煤层注水就是通过钻孔将压力水注入到尚未开采的煤层中,增加煤的水分,使煤体预先得到湿润,减少煤尘的生成和飞扬,是采煤工作面最有效的防尘措施,能够大幅度减少采煤工作面产尘量。
饱和-非饱和非稳定渗流的数值模拟
饱和-非饱和非稳定渗流的数值模拟
张培文;刘德富;黄达海;宋玉普
【期刊名称】《岩土力学》
【年(卷),期】2003(24)6
【摘要】介绍了饱和-非饱和渗流的计算程序数值模拟方法,该方法模拟了降雨过程中边坡内孔隙水压力的变化,克服了传统降雨边界处理方法的缺陷,考虑了降雨过程中地表边界的条件转化,为以后的径流渗流耦合的模拟提供了良好的基础,为降雨诱发滑坡研究提供了定量分析手段。
【总页数】4页(P927-930)
【关键词】饱和—非饱和渗流;数值模拟;降雨边界;滑坡;孔隙水压力
【作者】张培文;刘德富;黄达海;宋玉普
【作者单位】大连理工大学;三峡大学水电学院
【正文语种】中文
【中图分类】P642.22;TV139.1
【相关文献】
1.三维饱和非饱和稳定非稳定渗流场的有限元模拟 [J], 张家发
2.饱和-非饱和非稳定渗流有限元分析方法的改进 [J], 周桂云
3.饱和-非饱和非稳定渗流数值分析中初始状态的研究 [J], 袁俊平;褚飞飞;季李通
4.大型贮灰场的三维饱和–非饱和瞬变流数值模拟及非饱和参数试验 [J], 丁家平;
徐辉;顾国新;李勤明;王富庆
5.饱和非饱和土体非稳定渗流数值分析 [J], 吴梦喜;高莲士
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用ansys做非稳定渗流与边坡稳定分析第10页均为动画表示的渗流场随时步变化的情况_后就能看到了
基本理论
非稳定饱和—非饱和渗流控制方程
x
kx
h
H x
y
ky
h
H y
z
kz
h
H z
C
h
Ss
H t
非饱和土抗剪强度
c tan ua uw tanb
基本理论
二、软件之间是相互联通的，如CAD，3D在建模 上与ANSYS的相似性。可以在不同软件间取长补 短，结合运用。
三、对ANSYS错误记录文件是操作失误时的重要 提示，为如何改正指出了方向。
二、浅谈ANSYS学习方法
四、试验性。从最简单的例子入手，有什么想法， 可以做一最简单的例子，使用软件进行验证。
非稳定渗流程序结构框图
非稳定渗流程序结构框图
！调整单元渗透系数的语句
/PREP7 MATNUM=2 *DO,I,1,E_MAX ePRESS=BBB(i)-ccc(i) *IF,ePRESS,GT,0,THEN MPCHG,1,I *ELSEIF,ePRESS,LT,-13.812,THEN MPCHG,2,I *ELSE MP,KXX,MATNUM+1,kxxbh*hsl(ePRESS) MPCHG,MATNUM+1,I MATNUM=MATNUM+1 *ENDIF *ENDDO
ANSYS使用经验交流
作者邮箱：erep@
汇报安排
一、简介使用ANSYS对课题的研究情况 二、浅谈ANSYS学习方法 三、相互交流学习
一、简介使用ANSYS对课题的研究情况
基于ANSYS,开发出了土石坝渗流与边坡稳 定分析程序.
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ｓ 为储水率 ， 其值较小 ， 一般忽略不计 ； ａ在饱 和区取 １ 非饱和 ，
区取 ０ 为已知水头 ； 边界流量 ； 为土体空 隙 比；ｏ （ ； ｑ为 ｒ ｔ ｃｓ ，
通讯作者 ： 刘福胜 （９ ４ ） 教授 。 １６ 一 ，
Ｅ ｍａｌ ｉ ｆｈ ｓ ａ ． ｄ ． ｎ － ｉ ：ｌ ｓ ＠ ｄ ｕ ｅ ｕ ｃ ｕ
虑饱和区渗 流的方法不 能有效地 解决 水位变化 和降雨 等引 起
的非稳 定渗 流问题 。 已有不少学者应 用 Ａ Ｓ Ｓ进行 了渗流场 数值模 拟研 究 。 ＮＹ 许玉景 等心 首次使用 Ａ Ｓ Ｓ热分析模块结合单元 生死技术进 ＮＹ 行了稳 定渗 流模拟 ， 富强 对此 进行 了进 一步 充实 ， 蒙 罗启北 等Ｈ 使用 ＡＮ Ｙ Ｓ Ｓ进行了导流洞有压渗 流的动态模拟 。为解 决 存在浸润面的非 稳定渗 流场模 拟 问题 ， 者对 Ａ Ｓ Ｓ进行 二 笔 ＮＹ 次开发 ， 编制 了非稳定 饱和 一非饱 和渗 流程序 ， 并通过 实例 验
分析奠定 了基础心“］ 。对二维渗流微分方 程应用变分法 ， 并对
去 ） ＋ Ｈ＋ ［ Ｏ ＝ ［ ］ （ ］啬 ） ［ Ｏ （。 Ｈ ｊ
Ｅ ｈ Ｃ（ ）＋ａ 。 ｓ］
Ｈ（ ｙｚｔ ＝ Ｈｔ ｙｚｔ ， ｆ 上 ，，， ） （ ，，） 在 ｌ ， 。（ ，）＋ｋ ｓｆ ｘ ｒ ０（ ） ｓ
（） ３
２ 非稳定饱和 一 非饱和渗流场数值模拟
２ １ 时 间步长 的 自动选择 ．
非稳定 渗流场数值 模拟 中 ， 选取合 适 的时 间步长 ， 既能保
收 稿 日期 ：０ ７ ０－ ２０ —１－ ９ ０
Ｈ（ ｙ ｚ￡ ＝ｚ ，，， ， ０ 在 上 ，，， ） （ ｙ ｚ￡ ｔ＞ ， ）
Ｈ（ ｙ ｚｔ） ＝ｎ （ ｙ ｚｔ） ，，， ｏ ｏ ，，， ｏ
（） ４
（） ５
式中： ＝ｈ＋ｚＨ为总水头 ； Ｈ ， 为压力水头 ， 在饱和 区为正值 ， 非饱 和区为负值 ； 、 ｋ 分别 为沿坐标 、、 的孔 隙水主渗透 ｋ、 Ｙｚ
系数 ， 压力水头 ｈ 是 的函数 ； 为容水度 ， ｃ＝ 为介质含水率 ； 作者简介 ： 岳庆 河（９ ｌ ） 男， 东济南人 ， １ ８一 ， 山 硕士研 究生， 主
） ｃｓ ，） ｃｓ ，）为边 界 面 外 法 线 方 向余 弦 ； 为 时 间 、ｏ（ Ｙ 、ｏ（ ｚ ｔ
变量 。
其 中式 （ ） １ 为连续性 方程 ， （ ）一 （ ） 式 ２ 式 ４ 为边 界条件 ， ｒ 为已知水头边界 ，２ ｆ 为已知流量边界 ， 为逸出段边界 （ 渗流场 边界见 图 １ ， （ ）为初始状态 ， 即为渗流场 的初始水头。 ）式 ５
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第 ３ 第 ４期 Ｏ卷 ２０ ０ ８年 ４月
人
民
黄
河
Ｖｏ ． ０ ． １ ３ Ｎｏ． ４
Ａｐ ．， ０ ８ ｒ ２ ０
ＹＥＬＬ０Ｗ ＲＩ ＶＥＲ
【 利 水 电工 程 】 水
基 于 Ａ Ｓ Ｓ模拟 非 稳 定 饱 和 一 饱 和渗 流场 ＮＹ 非
证 了 程 序 的 正确 性 。
图 １ 渗流场边界条件示意
热传导基本微分方程为
１ 饱和 一 非饱和渗流数学模型及有限元解法
Ｎ ｕ ｎ将非饱和区渗 透系数 看做孔 隙水 负压 的 函数 ， ｅｍａ 使 饱和区与非饱和 区渗 流控 制方程 得到 统一 ］ 。不考虑 土骨架 变形及水压缩性时 ， 非稳定饱和 一非饱和渗流数学模 型如下 ：
岳 庆 河 刘 福 胜 刘 佩 玺 ， ，
（． １ 山东农 业大 学 水 利 土 木 工 程 学 院 ， 山东 泰 安 ２ １１ ； ． 宁市 水 利 局 ， ７０８ ２济 山东 济 宁 ２ ２ １ ） ７ ０ ９
摘
要： 坝非稳定渗流数值模拟 中， 堤 浸润面 、 逸出点事先未知 ， 要迭代计算 ， 需 渗透参数需根据计算结果 不断调整 ， 都增
也 ｋｒ ＝ 窘＋ｏ＋ ｒ 也 ＿ ａ ２ ＿
时 间取 隐 式 差 分 ， 可得 相 应 的有 限元 格 式 。
（ ６ ）
比较渗流微分方程与热传导微分方程 ， 可见二者控制方程
的形 式 完 全 相 同 ， 就 为 应 用 Ａ Ｓ Ｓ热 分 析 模 块 进 行 渗 流 场 这 ＮＹ
对于存在 时间 变量 的 瞬态 热分 析 问题 的求 解 Ｊ Ａ Ｓ Ｓ ， Ｎ Ｙ
在空 间域上按有 限元方法求逐步积分 ， 时间域上用差分方法 在 逐步积分 ， 这些 积分只要设定时 间步长及相 应的边 界条件与初 始条件后 ， 即可由 Ａ Ｓ Ｓ自动实现。 ＮＹ
（） １
（） ２
。 （ ，） ＝ｑ 在 ｆ 上 ｓ ｆｚ ， ２
加了数值模拟 的难度。选用 Ｎ ｕ ｎ 和 一 ｅｍａ 饱 非饱 和渗流数学模 型进行 非稳定渗 流场数值模 拟 ， 分析 了数值模 拟 中逸 出 面一般求解方法存在的问题并加 以改进 ， 使用 Ａ Ｓ Ｓ Ｎ Ｙ 开发 出渗流数值模拟程序 ， 经实例验证表 明该法是实用有效的。
关 键 词 ：饱和 一非饱和 ；渗流 ；逸出面；Ａ Ｓ Ｓ ＮＹ
维普资讯
第 ４期
岳庆河 等 ： 基于 Ａ Ｓ Ｓ 拟非稳定 饱和 一非饱和渗流场 ＮＹ 模
文 献标 识码 ： Ａ 文 章编 号 ：００ １７ （０ ８ ０ — ０ ６０ １０ —３ ９ ２０ ）４ ０ ７ － ２ － 中 图 分类 号 ：Ｔ １９ １ Ｖ ３ ．４
渗流计算是堤 坝设计及 除险加 固 中的一项重 要 内容 。以 往的渗流计算 ， 一般忽略非 饱和 区渗流 的影响 ， 但是 土 的基 质 势和重力势 的作用 ， 土体 中孔 隙水 产生非饱 和流 动 ， 考 使 只