有限单元法在土坝渗流计算中的应用

3.期刊论文 张乾飞.顾冲时.郭海庆.宋一明.吴耿桐.ZHANG Qian-fei.GU Chong-shi.GUO Hai-qing.SONG Yi-ming. WU Geng-tong 土石坝渗流确定分析模型研究 -武汉水利电力大学学报2000,33(4)
参考文献：
［"］毛昶熙 ’ 渗流数值计算与程序应用 ［9］ 河海大学出版社， ’ 南京： "...’ ［*］祁庆和 ’ 水工建筑物 （第三版） ［9］ 中国水利水电出版社， ’ 北京： "..+’ ［%］吴持恭 ’ 水力学 ［9］ 高等教育出版社， ’ 北京： "./*’
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作者简介： 林耀生 （"#8+ / ） ， 男， 广东斗门人， 助理工程师， 学士， 主要从事水利水电工程设计与施工。
第&期 定渗流有限元法计算公式： ｛"｝ ［ !］ # ! !#
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林耀生： 有限单元法在土坝渗流计算中的应用
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2.学位论文 满红飞 土石坝渗流安全性态分析研究及工程应用 2009
我国已修建了8．6万余座水库，其中绝大部分水库都是采用土石坝。由于修建时期经济水平低、筑坝技术不成熟等原因，许多土石坝都存在工程质量 差、病险隐患多和工程管理不善等严重问题，其中渗透变形是土石坝的主要病害。根据土石坝工程安全事故的统计，其中有37．1％的安全问题是由渗透 变形引起的。因此在土石坝的研究领域，关于土石坝渗流性态的研究具有重要意义。目前研究土石坝渗流安全性态的方法有数值计算和实测资料分析两种 ，本文结合湖北某水库主坝工程，采用以实测资料分析为主、数值计算为辅的综合分析方法，对土石坝渗流安全性态进行了研究。 论文的研究内容主要包括： （1）以有限元理论和渗流理论为基础，运用GEO-STUDIO软件的SEEP/W模块对湖北某水库土石坝在特征库水位下各个关键断面的渗流场进行计算； （2）依据该水库土石坝渗流安全监测资料，绘制土石坝的实测浸润线、过程线、相关图以及位势计算表； （3）结合数值计算成果和实测资料分析成果，运用比较分析的方法，对该水库土石坝的渗流性态进行研究，并且评价其渗流性态的安全。 本文从数值计算和实测资料分析相结合的角度出发，对土石坝渗流安全性态进行了系统地研究。根据研究成果可知湖北某水库主坝的渗流性态正常 ，但是存在坝体孔隙水压力偏高的现象，并且主坝局部防渗效果不好。从而判断出该坝渗流性念偏于不安全，需要对其进行除险加固。
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) ) ) ) 其中， *&’ $ ! * &’ ， $&’ $ ! $ &’ ， %&’ $ ! ! & 。 !&’ $ ! ! &’ ， )$"
式中： — —单元数； (— — —渗流自由面上单元数。 +— 当不考虑时间影响且 ［ *］ 、 ［ $］ 均为零时， 得出稳定渗流 有限元计算公式： ［ !］ ｛"｝ $ ｛% ｝ （"&） 对于方程组 （"&） ［ ， !］ 与｛% ｝ 均为已知， 运用计算机对线 性方程组进行数值计算， 得出渗流自由面上水头｛" ｝ ， 即可求 出坝体浸润线。 "’& 渗流量计算 利用求得的｛"｝ 可以直接计算渗流量， 过流断面的某一 单元中线流量为： " !, $ # & ［ -& ! .& ］
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取三角形为离散基本单元， 经过数学推导可以得出非稳
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由于土石坝渗流场比较复杂， 且存在渗流自由面随时间 变化的问题。水力学法对渗流作出某些假定， 因而在实际工 程应用中受到一定的限制。而有限单元法具有精确可靠、 适 用范围广的优点。随着电子计算机的普及应用， 有限单元法 在土石坝渗流计算中的应用越来越受到人们的重视。 ! "." 渗流计算有限单元法原理 渗流计算原理 地下水的运动具有连续性， 从质量守恒原理可以推出可 压缩饱和土体中渗流的连续性方程： ! ! $ / ! " 0! # 0! " !" !# !" — —水的密度； 式中： !—
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渗水高度 10, 抗渗标号 抗冻标号 ") ") 6+ 6+ =)( =)(
有限单元法在土坝渗流计算中的应用
作者： 作者单位： 刊名： 英文刊名： 年，卷(期)： 被引用次数： 林耀生 珠海市斗门区水务建筑工程公司,广东,珠海,519100 甘肃水利水电技术 GANSU SHUILI SHUIDIAN JISHU 2003，39(4) 4次
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图" （")）
均质土坝稳定渗流自由面及等势线 关键点水头和断面流量比较
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计算方法 有限元法 水力学法 实测数据
式中： — —与三角形有关的常数； -、 .— " — —三角形的面积， ； !— ! $ *（ -& .’ # .& -’ ） — —结点水头值。 "— 按正向叠加得出过流断面的渗流量： ! , $ !!, 计算实例 （"+）
型试件， 进行了抗渗、 抗冻及力学性质试验， 基本均达到要 求。其中有两组因设备原因， 未能进行抗渗及抗冻试验， 但 其强度也已达到要求， 也在建议配合比中列出 （表 )） 。
建议配合比
检验强度 抗渗试验 抗冻试验 说明 骨料不冲洗 骨料不冲洗 骨料冲洗 骨料不冲洗 "& "( 6+ 6+ =)( =)( 骨料冲洗 骨料不冲洗
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— —土的孔隙率； &— — —水的密度； "— — —水的压缩性， 即水的弹性模量的倒数； $— — —水头； ’— — —时间。 (— 地下水的运动符合流体力学中的地下水运动方程， 即不 可压缩液体在不变形多孔介质中的纳维 / 司托克斯方程： " !! ! 1 / %’ / &%!( ) 式中： — —渗透系数。 )— 式 （)） 中， 右边两项均为 "$2 345 6) ， 左边项约为 "$ / 2 3476) ， （)）
参考文献(3条) 1.毛昶熙 渗流数值计算与程序应用 1999 2.祁庆和 水工建筑物 1996 3.吴持恭 水力学 1982
相似文献(10条) 1.期刊论文 郑敏生.ZHENG Min-sheng 土石坝透水地基有压渗流观测资料分析模型 -浙江水利科技2005,""(5)
为了更好地根据原型观测资料来分析渗流问题.以渗流理论为基础,分析了土石坝透水地基渗流场位势影响的因素;在此基础上建立了土石坝透水地基 有压渗流通用的位势分析模型.经对青山水库工程实测资料的分析应用,说明其效果是良好的.
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老虎 坑 水 库 土 坝 坝 高 ) ,， 坝 顶 宽 &’) ,， 上游坝坡 下游坝坡 " - *’)， 上游最高水位 "*’". ,， 下游水位 /’"( " - *’(， 坝体和地基的渗透系数分别为 !" $ ,。土坝为均质土坝， (’((("% 0,12， !* $ (’((3 0,12。利用南京水利科学研究院开
（上接第 %"3 页） 不但在实践中， 而且在理论上也是有一定根据的。并且， 从 单方混凝土使用的水泥用量来看， 与普通混凝土水泥用量差 别不大， 其经济效益是可观的。 在强度及塌落度等满足要求的前提下， 对选定配合比成 表#
混凝土标号 水泥标号 混凝土配合比 （重量比） 水泥 - 砂石 - 水 <*( &*’) " - 3’%) - (’)) " - 3’+3 - (’)) " - /’&" - (’)) <*) &*’) " - )’3" - (’&3 " - 3’() - (’&3 " - +’3" - (’)" 塌落度 1,, "% "" "3 */ "3 "&
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应用里兹法把连续渗流场离散划分成有限个单元体， 渗 流场则分解为各个单元之和： （ / ’） 1$
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式中： — —单位贮存量。 *+ — 式 （,） 为三维渗流基本方程， 对于多数土石坝， 采用二维 渗流分析即可满足要求。二维渗流的数学模型为：
!! 可以完全忽略不计， 地下水的运动方程变成柯西定律， 即 !( （2） !1 / ) %’
把式 （2） 代入式 （)） 可得：
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发的土坝二维渗流有限单元法计算程序 45667 * 进行计算。 应用该程序的单元自动剖分程序， 整个计算区域划分为 *&/ 个单元， 坝体浸润线及等 ")" 个节点。调用主程序进行计算， 势线如图 " 所示。有限元计算结果与水力学法的计算结果 及实测结果对比如表 " 所列。从表 " 可以看出， 有限单元法 精确度较高， 接近实际情况。 " " ｛"｝ ［ $］ ｛"｝ ! ［ $］ % ｝ （"%） # ! !# # # $｛ !# !#
第 2# 卷第 , 期 )$$2 年 ") 月 ・ 设计与研究 ・
甘肃水利水电技术 "#$%& ’(&)*) ’(&)+)#$ ,)%(&
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有限单元法在土坝渗流计算中的应用
林耀生
（珠海市斗门区水务建筑工程公司， 广东 珠海 !"#"$$）
摘要： 应用南京水利科学研究院开发的土坝二维渗流有限单元法计算程序 %&’’( ) 计算了工程实例。计算结果表 明， 有限单元法具有很高的精度， 优于传统的水力学法。 关键词： 土石坝； 渗流； 有限单元法 中图分类号： (*+," 文献标识码： ".) 定解条件 渗流每一流动过程都是在限定的空间流场内发生， 渗流 基本方程的求解需满足空间流场的定解条件： （"）初始条件： ’ ＿ ( 1 $ 1 ’（ $， $） $ "， （)）边界条件： ’ ＿&" 1 ,（ $， (） ! 水头边界： " "， ’ )& ! ＿&) 1 ,（ $， (） " 流量边界： ) "， !& 为保证方程具有唯一解， 边界条件应满足： ’" 1 $ ’ - 1 .! 3:6 ’ !( 式中： — —渗流自由面上的水头； ’" — — —渗流自由面下降渗流自由流入坝体的单宽流量； -— — —渗流自由面变动范围内的土体有效孔隙率或给 .— 水度； — —渗流自由面外法向与铅垂线的夹角。 ’— ".2 方程求解 对渗流方程的求解， 要按照变分原理求泛函积分找其函 数值， 把微分方程及其边界条件转变为一个泛函极值问题， 渗流微分方程 （!） 对应的泛函为： （ / ’ ）1 0