浅谈理正软件在土石坝渗流计算中的应用

浅谈理正软件在土石坝渗流计算中的应用

摘要:近年来,随着计算机技术的飞速发展,人们开始利用电脑软件完成各种复杂繁琐的计算任务。本文结合工作实践,介绍了北京理正软件在土石坝渗流计算中的应用。

关键词:理正软件土石坝渗流计算应用

土石坝的渗流分析计算是一项复杂繁琐的工作,一直以来,这项工作都是通过人工手算完成,需要花费大量的人力和时间,而且计算精度不高。随着计算机技术的不断发展,北京理正软件设计研究院有限公司设计开发了理正岩土系列 5.2版渗流分析软件,笔者在实际工作中使用了这款软件,取得了较好的效果。下面具体介绍一下计算方法和步骤。

1 渗流计算

1.1 指定计算路径

打开理正岩土系列5.2版软件后,我们会看到多个计算模块,点击【渗流分析计算】模块,则弹出【指定计算路径】对话框。指定计算路径是指将计算成果存储到某一指定的位置,如D:\渗流计算。进入计算模块后,还可以通过按钮【选工程】重新指定计算路径。同时,我们还可以设定工程名称、工程编号及设计时间,以便日后查找。

1.2 选择计算方法

指定计算路径后,需要选择计算方法,有公式法和有限元法。公式法是依据《堤防工程设计规范》提供的计算公式,适用于大坝上、下游坝坡为单一边坡、坝基水平等较为简单的类型。有限元法是依据非饱和土理论、根据基本渗流理论——达西定律等,采用有限元法分析稳定流及非稳定流中多种边界条件、多种材料的堤坝或土体的渗流分析。但有限元法分析渗流问题是以线性达西定律为基础,因此不适应非线性达西定律的流场分析及不满足达西定律的流场分析。下面详细说明有限元法的计算步骤和方法。

1.3 增加计算项目

选择有限元法后,弹出【理正渗流分析软件-渗流问题有限元分析】对话框,点击【工程操作】菜单中的【增加项目】或“增”按钮来新增一个计算项目,然后选择【系统默认例题】,点击“确认”按钮后,弹出【渗流问题有限元分析】对话框,这是一个集中的参数交互界面,可在此界面内输入所有的计算参数。

1.4 输入计算参数

操作人员可根据【渗流问题有限元分析】对话框中即时弹跳说明信息逐项输入计算参数。但为了提高工作效率,对于能够熟练使用AutoCAD的人员,可先绘制出大坝横断面图,保存为DXF文件。绘图时必须注意,应使用“line”命令绘制,图的尺寸单位为米。点击【渗流问题有限元分析】对话框左上角的“辅助功能”按钮,选择【读入DXF文

件自动形成坡面、节点、土层数据】,即可读入大坝横断面图。此时会弹出【读入DXF文件自动形成坡面、节点、土层数据】对话框,显示出具有节点和土层数据的大坝横断面图,鼠标左键点击该图,滚动滚珠可放大或缩小图形,按住滚珠移动鼠标可平移图形,或者单击鼠标右键,通过弹出的菜单完成对该图的各项操作。在【指定坡面线起始点号】一栏输入大坝迎水坡与地面的交点编号;在【坡面线段数】一栏输入包括大坝迎水坡、背水坡和坝顶的坡面线段数之和。点击“坡面形状”按钮,【分析类型】一栏中有“稳定渗流”和“不稳定渗流”两种类型。“稳定渗流”是指大坝在正常蓄水位、设计洪水位和校核洪水位工况时坝体形成稳定渗流的情况。“不稳定渗流”是指大坝在库水位上升或下降工况时坝体形成稳定渗流的情况。【坡面线段数】一栏采用默认值;【上游水位】一栏输入上游水面与坡面起始点之间的高差;【下游水位】一栏输入下游水面与坡面起始点之间的高差,其值可为正也可为负。如为不稳定渗流,还需输入【上游第二水位】和【下游第二水位】。【水平投影长】和【竖向投影长】栏采用默认值;在【说明】一栏输入该计算项目的名称。点击“节点坐标”按钮,【除坡面上点外的节点数】一栏采用默认值。点击“土层定义”按钮,【不同土性区域数】、【α】和【本区域边界节点编号】栏采用默认值;【土名】一栏输入相应区号土的名称,也可采用默认土名;【Kx】、【Ky】栏输入各土层的渗透系数,地质勘察报告中土层渗透系数单位一般为cm/s,输入时应将其单位换算成m/d。如为不稳定渗流,还需输入土层的【孔隙率】、【饱和度最小值】和【单位存储量】。点击“面边界条件”按钮,【指定边界面

的个数】一栏可先输入坡面线段数,待边界面个数确定后再行更改;【始节点编号】一栏输入各坡面线段的起始点编号;【末节点编号】一栏输入各坡面线段的终止点编号;【类型】一栏中有三个选项:“已知水头、已知流量”和“可能的浸出面”。上游水面与坡面起始点之间的坡面线段,其类型为“已知水头”,其【始端取值】和【末端取值】均为上游水位;上游水面的延长线与背水坡的交点与下游水面之间的坡面,其类型为“可能的浸出面”;下游水面与背水坡的交点与背水坡与地面的交点之间的坡面,其类型为“已知水头”,其【始端取值】和【末端取值】均为下游水位。如为不稳定渗流,则需指出水位随时间变化的情况,在【随时间变化】一栏选择是否随时间变化。对于上游水面与坡面起始点之间的坡面线段,应选择“随时间变化”,此时右侧会出现“第一项水头随时间变化曲线”按钮,点击该按钮后弹出【面边界参数随时间变化曲线】对话框,输入时间分段数,如某水库正常蓄水位120 h降落至死水位,则时间分段数应为7,然后依次在【时间】一栏输入0～5,在【水位升降量】一栏依次输入相应时间的水位升降量,水位升高为正值,降低为负值。其余的第二项、第三项等水头随时间变化曲线的输入方法与此相同。对于下游水面与背水坡的交点与背水坡与地面的交点之间的坡面,其【随时间变化】一栏的输入方法如前所述。点击“点边界条件”按钮,【边界点描述项数】一栏可设为0。点击“计算参数”按钮,