08(中国水科院——严俊)岩土工程中复杂渗流问题的精细数值仿真技术研究
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
渗流问题 研究现状 研究方法
2.多种工程措施组合渗控体系的渗流特性模拟方法
有自由面的无压渗流模拟方法（虚流量法、截止负压法等） 密集排水孔幕的精细模拟（等效法、以沟代井法、子结构法等） 随机分布模拟方法 考虑耦合的饱和-非饱和渗流模拟方法 并行计算加速方法，等等
9
岩土工程复杂渗流问题研究现状
渗流问题 研究现状 研究方法
5）背景及约束耦合原理。 13
应用实例
复杂地质条件的精细建模分析评价方法研究
理论原理
模拟技术
——基于地质钻孔的复杂工程地质智能建模分析方法
设已知钻孔的局部空间为Ω，待求的整体地质空间为¤。算法思路如下： （1）对所有钻孔的局部地层空间属性进行归类处理，构造一个地层属性空间Θ，其元素为 N个。（ 2）任取元素ζ∈Ω，元素ξ∈中¤，在ζ与ξ之间，通过模糊函数ƒ(， ，) ，建立ξ元素对ζ元素的模糊测 度，其中，为ζ与ξ之间的相关参数，是与距离相关的指标； 为约束条件参数体现；为区域背景参数 体现。 （3）将Ω视为神经元空间，ζ视为响应, 应用神经网络的原理，对待求空间任意点建立响应集Ξ。 （4）针对属性空间Θ，应用概理统计原理，对空间任意点的响应集Ξ，进行规一化处理，并将之转 化为积分方程，这样无穷子空间Ω的响应集就可以转化为属性空间上的概率分布向量W(ω1，ω2，…，
某大型平原水库地质模型
应用实例
20
复杂地质条件的精细建模分析评价方法研究
理论原理
模拟技术
——基于地质钻孔的复杂工程地质智能建模分析方法
某深埋地下隧洞地质模型
应用实例
21
目 录
Contents
1
岩土工程复杂渗流问题研究现状 复杂地质条件的精细建模分析评价方法研究 复杂渗流问题的精细化模拟技术研究 缺陷渗流问题的理论与数值模拟技术研究 结论与展望
3
渗控措施部分缺陷条件下的渗流特性问题迫切需要研究
岩土工程和水利工程中设计渗控措施常常会在施工、运行过程中出现局部裂缝、破损和实效等情况，其渗
流问题属于典型的高水压力+高应力耦合作用下的渗流行为。而这些缺陷将逐渐削弱防渗体系局部的截渗 性能、加剧缺陷处的渗流，可能对下游造成冲刷，影响坝体、地基等结构物的渗透稳定性，迫切需要研究
深厚覆盖层地基内混凝土防渗墙开裂后的分析模型，以掌握其对地基渗流的影响规律：
防渗墙裂缝：在防渗墙施工过程中，由于地基条件复杂、粘土泥浆质量差、施工工艺等问题常会导致墙体 产生劈裂裂缝、下部开叉现象；在大坝建成后，防渗墙可能会因不均匀沉降和变形产生众多拉裂缝；水库
蓄水后，墙体受类似于弯压组合荷载作用、在坝体及基岩约束下将产生挠曲，可能会出现纵向裂缝；地震
深厚覆盖层地基Βιβλιοθήκη Baidu
裂缝发育岩体
超深软土地基
4
岩土工程复杂渗流问题研究现状
渗流问题 研究现状 研究方法 随着近些年来国内岩土工程和水利工程的建设，尤其是西南地区高坝大库、高填方边坡的 建设，岩土工程渗流研究也遇到了一些新的复杂问题：
2
多种工程措施组合渗控体系的渗流特性模拟难度越来越大
目前岩土工程和水利工程中多采用复合渗控体系，其实际渗流特性的数值模拟需要同时兼顾不同措施的渗
3
岩土工程复杂渗流问题研究现状
渗流问题 研究现状 研究方法 随着近些年来国内岩土工程和水利工程的建设，尤其是西南地区高坝大库、高填方边坡的 建设，岩土工程渗流研究也遇到了一些新的复杂问题：
1
所面临的工程地质问题越来越复杂
工程地质问题是工程建设的关键。世界上遭受严重破坏的水工建筑物，有50%以上是由于对地质问题的认 识不够所造成的。
自由面模拟
大区域渗流
排水结构模拟 随机分布模拟
计算区域由1km2增加至100km2，网格的规模由25万节点降低至12万节点，得 到的精度与得到的结果基本一致。
3
渗控措施部分缺陷条件下的渗流特性问题迫切需要研究
7
岩土工程复杂渗流问题研究现状
渗流问题 研究现状 研究方法
1.工程地质精细模拟方法技术
基于地质剖面的模拟技术 基于交叉剖面的模拟技术 基于地质钻孔的模拟技术 基于多层DEM数据的模拟技术 基于平面地质图的模拟技术，等等
8
岩土工程复杂渗流问题研究现状
第八届全国水利工程渗流学术研讨会
岩土工程中复杂渗流问题的精细数值仿真技术研究
中国水利水电科学研究院 岩土工程研究所 流域水循环模拟与调控国家重点实验室
严 俊
目 录
Contents
1
岩土工程复杂渗流问题研究现状 复杂地质条件的精细建模分析评价方法研究 复杂渗流问题的精细化模拟技术研究 缺陷渗流问题的理论与数值模拟技术研究 结论与展望
11
目 录
Contents
1
岩土工程复杂渗流问题研究现状 复杂地质条件的精细建模分析评价方法研究 复杂渗流问题的精细化模拟技术研究 缺陷渗流问题的理论与数值模拟技术研究 结论与展望
2 3
4
5
复杂地质条件的精细建模分析评价方法研究
理论原理
模拟技术
——基于地质钻孔的复杂工程地质智能建模分析方法
在综合应用概率、模糊、神经网络理论等基础上，基于钻孔数据的三维地质模型智能建 模方法包括： 1）空间相关性原理：钻孔地层在空间上距离越近相关性越大； 2）已知等同原理：在已知的子空间分析出的解与原信息完全相等，或者是相似。这种等 同、或者是相似不仅仅在N维的离散点上，而且也满足任意N维连续空间； 3）相关性模糊测度原理：模糊集的核心就是描述不同对象在某一属性上的对比性，相关 性模糊测度原理就是通过模糊测度来反映这种相关性； 4）不同属性概率测度原理。就是对待分析空间任意一点的多解属性进行概率，或者是几 率分析；
本研究方法： （基于智能地质建模方法和有限单元法）
地质 模型
渗流 问题
缺陷 渗流
复杂渗 流分析 方法
Supported by：国家重点基础研究发展计划（973 计划） （2014CB047004）机场高填方稳定性分析研究
国家自然科学基金项目（51409278 ）复杂地质条件下混凝土防渗墙裂缝渗流特性试验及模型研究
ωn)。
应用实例
（5）通过分析¤中任意元素的概率分布向量 ω(ω1，ω2，…，ωn )中的最大概率，就可以确定相 应的插值分析解，确定原则为： ①如果W(ω1，ω2，…，ωn) 中存在ωi满足 : ωi >ωj (j∈Θ，且 j ≠
i)则该待求元素属性值则为Θ中第i个元素。②如果W(ω1，ω2，…，ωn)中存在K 个Wi1， Wi2，…，
迫切需要研究相应的数值仿真技术，等等。
5
复杂防渗结构体的渗流特性模拟，如堰塞坝，其构成为空间差异性极大的滑坡土石、地基土石，等等
岩土工程复杂渗流问题研究现状
渗流问题 研究现状 研究方法 随着近些年来国内岩土工程和水利工程的建设，尤其是西南地区高坝大库、高填方边坡的 建设，岩土工程渗流研究也遇到了一些新的复杂问题：
右岸
上游 左岸 下游
排水结构模拟 随机分布模拟
24
复杂渗流问题的精细化模拟技术研究
自由面模拟
大区域渗流
瀑布沟工程
排水结构模拟 随机分布模拟
25
复杂渗流问题的精细化模拟技术研究
自由面模拟
大区域渗流 加密高斯点法
即增加高斯点的个数，目前改进节点虚流量法 可以将 由3增大到7，其有限元求解支配方程与虚 流量法一致，只是在求解关键矩阵 时，引入了加密 高斯点法，这样就可以在网格单元尺寸较大时，仍 然能够取得较好的精度。
条件下，混凝土防渗墙也可能因动荷载的作用产生规模不等的裂缝等。 面板裂缝：面板在施工过程中因为气温变化、不均匀沉降造成裂缝等问题，等等。
6
岩土工程复杂渗流问题研究现状
渗流问题 研究现状 研究方法 随着近些年来国内岩土工程和水利工程的建设，尤其是西南地区高坝大库、高填方边坡的 建设，岩土工程渗流研究也遇到了一些新的复杂问题：
流行为： 面板坝：采用面板+趾板+防渗墙+帷幕+排水的防渗体系；
土石心墙坝：采用心墙+廊道+防渗墙+帷幕+排水的防渗体系；
高边坡：采用密集排水孔幕的排水减压体系； 堤防：采用均质堤坝+排水反滤防渗体系；
地下洞室：采用帷幕灌浆+密集排水孔幕的排水减压体系，等等。
以往渗流问题的模拟分析多针对工程局部范围（小于1km2）内的渗流特性开展，随着工程建设规模的逐 步增加，工程范围内大区域（5～ 100km 2）、多渗控措施联合作用下的三维渗流特性模拟需求越来越大，
2 3
4
5
岩土工程复杂渗流问题研究现状
渗流问题 研究现状 研究方法 从20世纪50年代开始，渗流和渗流控制逐渐成为一门学科，渗流场的渗流分析、土的渗透 稳定性质及渗流控制原理和方法的研究得到迅速发展。在水利工程和岩土工程建设中常会涉及 闸、坝、堤防、地下洞室群、高边坡、深基坑及围堰等，其中渗流的控制是涉及工程建设和安 全运行的最重要因素之一。据统计，95％以上的滑坡与地下水有关，由于渗流问题直接造成的 土石坝失事的比例约占30％～40％。 20世纪80年代以后，我国的高土石坝迅速发展，不仅高度雄居世界前茅，渗流控制也有较 大发展。渗流控制方面，主要表现在以下几点：①土石坝心墙裂缝纳入渗流控制范畴；②面板 坝的渗流控制愈加完善；③反滤层的渗流控制作用更显明确；④排水体的作用进一步得到发挥。
2 3
4
5
复杂渗流问题的精细化模拟技术研究
自由面模拟
大区域渗流
节点虚流量法（以稳定饱和渗流场为例） 定义位于自由面以下的区域Ω1为渗流实域，自
[ K ]{h} {Q} {Q2 } {Q}
由面以上的区域Ω2为渗流虚域。在固定网格求解时， 定义中间被自由面穿过的单元为过渡单元，所有过 渡单元所构成的区域为过渡域. 过渡单元只是一部分位于渗流虚域内，在计算 这些单元的传导矩阵时需进行修正，以达到完全消 除单元虚区部分的结点虚流量贡献，目前最简单也 是最实用的办法是适当增加过渡单元在高度方向 （z方向）上的高斯积分点，在计算单元传导矩阵 时当积分点的压力水头为负时不对该点进行积分， 而在计算过程中将过渡单元作为实单元来处理即可。
理论原理
模拟技术
——基于地质钻孔的复杂工程地质智能建模分析方法
应用实例
16
复杂地质条件的精细建模分析评价方法研究
理论原理
模拟技术
——基于地质钻孔的复杂工程地质智能建模分析方法
能够考虑边界约束条件的影响控制:
应用实例
17
复杂地质条件的精细建模分析评价方法研究
理论原理
模拟技术
——基于地质钻孔的复杂工程地质智能建模分析方法
3.渗控措施部分缺陷条件下的渗流特性问题
裂隙岩体渗流数学模型：立方定律、修正立方定律等 裂隙岩体充填与否下渗流特性，等等
10
岩土工程复杂渗流问题研究现状
渗流问题 研究现状 研究方法 随着仿真技术的逐步发展，目前国内外对于渗流数值分析的方法也多种多样，主要包括： （1）基于变分原理和加权余量法的有限单元法； （2）边界元法； （3）无单元法； （4）离散单元法（DEM、颗粒流等）； （5）神经网络分析法，等等.
能够考虑地质背景的影响控制:
水平冲积
应用实例
土层2 土层1
土层2
45°坡向冲积
18
复杂地质条件的精细建模分析评价方法研究
理论原理
模拟技术
——基于地质钻孔的复杂工程地质智能建模分析方法
某深厚软基上土石坝地质模型
应用实例
19
复杂地质条件的精细建模分析评价方法研究
理论原理
模拟技术
——基于地质钻孔的复杂工程地质智能建模分析方法
Wik，满足:Wi1 = Wi2 = … = Wik >Wj (j∈Θ，且 j ≠ i1，i2，…，ik)，则元素的状态为Θ中第i1， i2，…，ik个元素属性的共同边界点。
14
复杂地质条件的精细建模分析评价方法研究
理论原理
模拟技术
——基于地质钻孔的复杂工程地质智能建模分析方法
应用实例
15
复杂地质条件的精细建模分析评价方法研究
23
排水结构模拟 随机分布模拟
Ω2 Ω1
复杂渗流问题的精细化模拟技术研究
自由面模拟 以往的做法：
大区域渗流
将左岸截取边界和右岸截取边界则均 取为第一类边界条件，即已知水头边界 条件，具体水头值大小和分布情况通过 对天然渗流场的反演分析而得。 改进后的取法： 考虑到左、右岸边界取到两侧山脊线 的位置和无限深地基中基本没有地下水 的流动，左、右岸边界条件应该是一个 流量边界等效为水头边界条件。
这样就可以采用大尺寸的单元来达到同样的求 解精度的，可以大幅度减少有限元渗流分析的模型
排水结构模拟 随机分布模拟
[k ] WW i jWm F (i , j , m )
i j m
ng ng ng
n g ：3 —— 7
规模，有效提高大范围三维有限元分析效率。
26
复杂渗流问题的精细化模拟技术研究
2.多种工程措施组合渗控体系的渗流特性模拟方法
有自由面的无压渗流模拟方法（虚流量法、截止负压法等） 密集排水孔幕的精细模拟（等效法、以沟代井法、子结构法等） 随机分布模拟方法 考虑耦合的饱和-非饱和渗流模拟方法 并行计算加速方法，等等
9
岩土工程复杂渗流问题研究现状
渗流问题 研究现状 研究方法
5）背景及约束耦合原理。 13
应用实例
复杂地质条件的精细建模分析评价方法研究
理论原理
模拟技术
——基于地质钻孔的复杂工程地质智能建模分析方法
设已知钻孔的局部空间为Ω，待求的整体地质空间为¤。算法思路如下： （1）对所有钻孔的局部地层空间属性进行归类处理，构造一个地层属性空间Θ，其元素为 N个。（ 2）任取元素ζ∈Ω，元素ξ∈中¤，在ζ与ξ之间，通过模糊函数ƒ(， ，) ，建立ξ元素对ζ元素的模糊测 度，其中，为ζ与ξ之间的相关参数，是与距离相关的指标； 为约束条件参数体现；为区域背景参数 体现。 （3）将Ω视为神经元空间，ζ视为响应, 应用神经网络的原理，对待求空间任意点建立响应集Ξ。 （4）针对属性空间Θ，应用概理统计原理，对空间任意点的响应集Ξ，进行规一化处理，并将之转 化为积分方程，这样无穷子空间Ω的响应集就可以转化为属性空间上的概率分布向量W(ω1，ω2，…，
某大型平原水库地质模型
应用实例
20
复杂地质条件的精细建模分析评价方法研究
理论原理
模拟技术
——基于地质钻孔的复杂工程地质智能建模分析方法
某深埋地下隧洞地质模型
应用实例
21
目 录
Contents
1
岩土工程复杂渗流问题研究现状 复杂地质条件的精细建模分析评价方法研究 复杂渗流问题的精细化模拟技术研究 缺陷渗流问题的理论与数值模拟技术研究 结论与展望
3
渗控措施部分缺陷条件下的渗流特性问题迫切需要研究
岩土工程和水利工程中设计渗控措施常常会在施工、运行过程中出现局部裂缝、破损和实效等情况，其渗
流问题属于典型的高水压力+高应力耦合作用下的渗流行为。而这些缺陷将逐渐削弱防渗体系局部的截渗 性能、加剧缺陷处的渗流，可能对下游造成冲刷，影响坝体、地基等结构物的渗透稳定性，迫切需要研究
深厚覆盖层地基内混凝土防渗墙开裂后的分析模型，以掌握其对地基渗流的影响规律：
防渗墙裂缝：在防渗墙施工过程中，由于地基条件复杂、粘土泥浆质量差、施工工艺等问题常会导致墙体 产生劈裂裂缝、下部开叉现象；在大坝建成后，防渗墙可能会因不均匀沉降和变形产生众多拉裂缝；水库
蓄水后，墙体受类似于弯压组合荷载作用、在坝体及基岩约束下将产生挠曲，可能会出现纵向裂缝；地震
深厚覆盖层地基Βιβλιοθήκη Baidu
裂缝发育岩体
超深软土地基
4
岩土工程复杂渗流问题研究现状
渗流问题 研究现状 研究方法 随着近些年来国内岩土工程和水利工程的建设，尤其是西南地区高坝大库、高填方边坡的 建设，岩土工程渗流研究也遇到了一些新的复杂问题：
2
多种工程措施组合渗控体系的渗流特性模拟难度越来越大
目前岩土工程和水利工程中多采用复合渗控体系，其实际渗流特性的数值模拟需要同时兼顾不同措施的渗
3
岩土工程复杂渗流问题研究现状
渗流问题 研究现状 研究方法 随着近些年来国内岩土工程和水利工程的建设，尤其是西南地区高坝大库、高填方边坡的 建设，岩土工程渗流研究也遇到了一些新的复杂问题：
1
所面临的工程地质问题越来越复杂
工程地质问题是工程建设的关键。世界上遭受严重破坏的水工建筑物，有50%以上是由于对地质问题的认 识不够所造成的。
自由面模拟
大区域渗流
排水结构模拟 随机分布模拟
计算区域由1km2增加至100km2，网格的规模由25万节点降低至12万节点，得 到的精度与得到的结果基本一致。
3
渗控措施部分缺陷条件下的渗流特性问题迫切需要研究
7
岩土工程复杂渗流问题研究现状
渗流问题 研究现状 研究方法
1.工程地质精细模拟方法技术
基于地质剖面的模拟技术 基于交叉剖面的模拟技术 基于地质钻孔的模拟技术 基于多层DEM数据的模拟技术 基于平面地质图的模拟技术，等等
8
岩土工程复杂渗流问题研究现状
第八届全国水利工程渗流学术研讨会
岩土工程中复杂渗流问题的精细数值仿真技术研究
中国水利水电科学研究院 岩土工程研究所 流域水循环模拟与调控国家重点实验室
严 俊
目 录
Contents
1
岩土工程复杂渗流问题研究现状 复杂地质条件的精细建模分析评价方法研究 复杂渗流问题的精细化模拟技术研究 缺陷渗流问题的理论与数值模拟技术研究 结论与展望
11
目 录
Contents
1
岩土工程复杂渗流问题研究现状 复杂地质条件的精细建模分析评价方法研究 复杂渗流问题的精细化模拟技术研究 缺陷渗流问题的理论与数值模拟技术研究 结论与展望
2 3
4
5
复杂地质条件的精细建模分析评价方法研究
理论原理
模拟技术
——基于地质钻孔的复杂工程地质智能建模分析方法
在综合应用概率、模糊、神经网络理论等基础上，基于钻孔数据的三维地质模型智能建 模方法包括： 1）空间相关性原理：钻孔地层在空间上距离越近相关性越大； 2）已知等同原理：在已知的子空间分析出的解与原信息完全相等，或者是相似。这种等 同、或者是相似不仅仅在N维的离散点上，而且也满足任意N维连续空间； 3）相关性模糊测度原理：模糊集的核心就是描述不同对象在某一属性上的对比性，相关 性模糊测度原理就是通过模糊测度来反映这种相关性； 4）不同属性概率测度原理。就是对待分析空间任意一点的多解属性进行概率，或者是几 率分析；
本研究方法： （基于智能地质建模方法和有限单元法）
地质 模型
渗流 问题
缺陷 渗流
复杂渗 流分析 方法
Supported by：国家重点基础研究发展计划（973 计划） （2014CB047004）机场高填方稳定性分析研究
国家自然科学基金项目（51409278 ）复杂地质条件下混凝土防渗墙裂缝渗流特性试验及模型研究
ωn)。
应用实例
（5）通过分析¤中任意元素的概率分布向量 ω(ω1，ω2，…，ωn )中的最大概率，就可以确定相 应的插值分析解，确定原则为： ①如果W(ω1，ω2，…，ωn) 中存在ωi满足 : ωi >ωj (j∈Θ，且 j ≠
i)则该待求元素属性值则为Θ中第i个元素。②如果W(ω1，ω2，…，ωn)中存在K 个Wi1， Wi2，…，
迫切需要研究相应的数值仿真技术，等等。
5
复杂防渗结构体的渗流特性模拟，如堰塞坝，其构成为空间差异性极大的滑坡土石、地基土石，等等
岩土工程复杂渗流问题研究现状
渗流问题 研究现状 研究方法 随着近些年来国内岩土工程和水利工程的建设，尤其是西南地区高坝大库、高填方边坡的 建设，岩土工程渗流研究也遇到了一些新的复杂问题：
右岸
上游 左岸 下游
排水结构模拟 随机分布模拟
24
复杂渗流问题的精细化模拟技术研究
自由面模拟
大区域渗流
瀑布沟工程
排水结构模拟 随机分布模拟
25
复杂渗流问题的精细化模拟技术研究
自由面模拟
大区域渗流 加密高斯点法
即增加高斯点的个数，目前改进节点虚流量法 可以将 由3增大到7，其有限元求解支配方程与虚 流量法一致，只是在求解关键矩阵 时，引入了加密 高斯点法，这样就可以在网格单元尺寸较大时，仍 然能够取得较好的精度。
条件下，混凝土防渗墙也可能因动荷载的作用产生规模不等的裂缝等。 面板裂缝：面板在施工过程中因为气温变化、不均匀沉降造成裂缝等问题，等等。
6
岩土工程复杂渗流问题研究现状
渗流问题 研究现状 研究方法 随着近些年来国内岩土工程和水利工程的建设，尤其是西南地区高坝大库、高填方边坡的 建设，岩土工程渗流研究也遇到了一些新的复杂问题：
流行为： 面板坝：采用面板+趾板+防渗墙+帷幕+排水的防渗体系；
土石心墙坝：采用心墙+廊道+防渗墙+帷幕+排水的防渗体系；
高边坡：采用密集排水孔幕的排水减压体系； 堤防：采用均质堤坝+排水反滤防渗体系；
地下洞室：采用帷幕灌浆+密集排水孔幕的排水减压体系，等等。
以往渗流问题的模拟分析多针对工程局部范围（小于1km2）内的渗流特性开展，随着工程建设规模的逐 步增加，工程范围内大区域（5～ 100km 2）、多渗控措施联合作用下的三维渗流特性模拟需求越来越大，
2 3
4
5
岩土工程复杂渗流问题研究现状
渗流问题 研究现状 研究方法 从20世纪50年代开始，渗流和渗流控制逐渐成为一门学科，渗流场的渗流分析、土的渗透 稳定性质及渗流控制原理和方法的研究得到迅速发展。在水利工程和岩土工程建设中常会涉及 闸、坝、堤防、地下洞室群、高边坡、深基坑及围堰等，其中渗流的控制是涉及工程建设和安 全运行的最重要因素之一。据统计，95％以上的滑坡与地下水有关，由于渗流问题直接造成的 土石坝失事的比例约占30％～40％。 20世纪80年代以后，我国的高土石坝迅速发展，不仅高度雄居世界前茅，渗流控制也有较 大发展。渗流控制方面，主要表现在以下几点：①土石坝心墙裂缝纳入渗流控制范畴；②面板 坝的渗流控制愈加完善；③反滤层的渗流控制作用更显明确；④排水体的作用进一步得到发挥。
2 3
4
5
复杂渗流问题的精细化模拟技术研究
自由面模拟
大区域渗流
节点虚流量法（以稳定饱和渗流场为例） 定义位于自由面以下的区域Ω1为渗流实域，自
[ K ]{h} {Q} {Q2 } {Q}
由面以上的区域Ω2为渗流虚域。在固定网格求解时， 定义中间被自由面穿过的单元为过渡单元，所有过 渡单元所构成的区域为过渡域. 过渡单元只是一部分位于渗流虚域内，在计算 这些单元的传导矩阵时需进行修正，以达到完全消 除单元虚区部分的结点虚流量贡献，目前最简单也 是最实用的办法是适当增加过渡单元在高度方向 （z方向）上的高斯积分点，在计算单元传导矩阵 时当积分点的压力水头为负时不对该点进行积分， 而在计算过程中将过渡单元作为实单元来处理即可。
理论原理
模拟技术
——基于地质钻孔的复杂工程地质智能建模分析方法
应用实例
16
复杂地质条件的精细建模分析评价方法研究
理论原理
模拟技术
——基于地质钻孔的复杂工程地质智能建模分析方法
能够考虑边界约束条件的影响控制:
应用实例
17
复杂地质条件的精细建模分析评价方法研究
理论原理
模拟技术
——基于地质钻孔的复杂工程地质智能建模分析方法
3.渗控措施部分缺陷条件下的渗流特性问题
裂隙岩体渗流数学模型：立方定律、修正立方定律等 裂隙岩体充填与否下渗流特性，等等
10
岩土工程复杂渗流问题研究现状
渗流问题 研究现状 研究方法 随着仿真技术的逐步发展，目前国内外对于渗流数值分析的方法也多种多样，主要包括： （1）基于变分原理和加权余量法的有限单元法； （2）边界元法； （3）无单元法； （4）离散单元法（DEM、颗粒流等）； （5）神经网络分析法，等等.
能够考虑地质背景的影响控制:
水平冲积
应用实例
土层2 土层1
土层2
45°坡向冲积
18
复杂地质条件的精细建模分析评价方法研究
理论原理
模拟技术
——基于地质钻孔的复杂工程地质智能建模分析方法
某深厚软基上土石坝地质模型
应用实例
19
复杂地质条件的精细建模分析评价方法研究
理论原理
模拟技术
——基于地质钻孔的复杂工程地质智能建模分析方法
Wik，满足:Wi1 = Wi2 = … = Wik >Wj (j∈Θ，且 j ≠ i1，i2，…，ik)，则元素的状态为Θ中第i1， i2，…，ik个元素属性的共同边界点。
14
复杂地质条件的精细建模分析评价方法研究
理论原理
模拟技术
——基于地质钻孔的复杂工程地质智能建模分析方法
应用实例
15
复杂地质条件的精细建模分析评价方法研究
23
排水结构模拟 随机分布模拟
Ω2 Ω1
复杂渗流问题的精细化模拟技术研究
自由面模拟 以往的做法：
大区域渗流
将左岸截取边界和右岸截取边界则均 取为第一类边界条件，即已知水头边界 条件，具体水头值大小和分布情况通过 对天然渗流场的反演分析而得。 改进后的取法： 考虑到左、右岸边界取到两侧山脊线 的位置和无限深地基中基本没有地下水 的流动，左、右岸边界条件应该是一个 流量边界等效为水头边界条件。
这样就可以采用大尺寸的单元来达到同样的求 解精度的，可以大幅度减少有限元渗流分析的模型
排水结构模拟 随机分布模拟
[k ] WW i jWm F (i , j , m )
i j m
ng ng ng
n g ：3 —— 7
规模，有效提高大范围三维有限元分析效率。
26
复杂渗流问题的精细化模拟技术研究