有限单元法在土坝渗流计算中的应用

1 $ "/’* 1 $ *(8( 1 $ *&8( 1 $ */’) 1 $ %*’) 出渗点 流量 &’(. &’(. &’(. %’*& %’&) *’33 *’./ *’"+ *’%/ *’") "’&* "’)/ "’&( (’/( (’.& (’33 (’((% (’(()
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
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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：
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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
!! 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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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)
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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) ， （)）
（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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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
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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取三角形为离散基本单元， 经过数学推导可以得出非稳
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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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： !—