地下工程渗流排水孔数值模拟的隐式复合单元法

根据渗流基本原理,提出了排水孔在地下工程中渗流数值模拟的隐式复合单元法。将排水孔隐含于模型网格中,得到排水孔在模型中的数据信息。判断所有排水孔与单元的相对位置,通过修正排水孔所穿过单元的渗透传导矩阵来模拟排水孔的强排水效果,并通过实例对排水子结构法和隐式复合单元法进行了比较。运用编制的三维有限元计算程序对某地下水电站厂房渗流场及排水孔进行了模拟,结果表明,采用隐式复合单元法对排水孔进行模拟是可行的。     

基于正交试验和复合单元法的排水孔优化设计

排水孔是常用的工程渗控措施,其排水降压效果将直接影响工程的安全与稳定,因此,正确模拟排水孔进而优化设计尤为重要。由于影响排水效果的因素众多,优化设计需要针对多种排水孔方案进行渗流分析,计算量较大,采用正交设计法确定排水孔方案可以大大减少渗流分析次数;传统的数值模拟方法在排水孔方案改变时需要重新绘制计算网格,前处理难以实现,采用复合单元法,无需绘制排水孔网格,因而不同排水方案的渗流分析可共用一套网格,降低了前处理的工作量和难度。基于正交试验和复合单元法的排水孔优化设计的具体步骤为：确定试验指标、因素和水平;选择合适的正交表,确定渗流计算方案;对各方案依次采用复合单元法进行渗流分析;根据渗流计算结果进行极差分析和方案优选。该方法能够迅速有效地确定出“最优”的排水孔方案,具有一定的工程实用价值,实例分析表明了该方法的可行性和优越性。     

用空气单元法求解渗流场的逸出边界问题

依据空气单元模拟排水孔的思路,在渗流场任意可能逸出边界外布置一层渗透性较强的单元,与其他实体单元一起进行渗流计算,可以实现该边界的自动求解。与现行方法相比,不仅省去了逸出边界迭代计算的麻烦,而且避免了由于逸出点定位不准确而可能引起的渗流计算不合理或收敛困难等缺陷。算例分析表明,空气单元法的计算精度与空气单元的相对渗透系数R有关,与厚度L无关。当选取了合适的R值后,可以较好地逼近现行方法。对于因引入空气单元而造成的强弱透水介质界面处数值拟真性差的现象,还提出了加入接触面薄层单元的改进方法。方法改进后,计算精度可进一步提高。最后,以小湾水电站22#坝段渗流场计算为例,说明该法的实用性和可行性。     

渗流分析中排水孔模拟的空气单元法

提出了用“空气单元”模拟排水孔的思路,即将排水孔看作是以空气作为渗流介质的单元体,在给定了相应的渗透系数后,使它像岩块、土体等单元一样加入传统的有限元渗流计算方法中。通过算例及实际工程应用,证明该法简便可行,具有一定的工程应用价值。     

水位骤降条件下有密集排水孔大坝三维渗流场数值模拟研究

对于坝坡布置密集排水孔的工程渗流问题,水位骤降条件下密集排水孔排水效果及坝体和坝基内三维渗流场分布是工程设计人员关心的重要问题。针对坝坡布置排水孔的渗流行为,提出了密集排水孔在水位骤降下渗流状态改变的处理方法。并详细论述了改进的截止负压法求解饱和-非饱和渗流场、排水子结构法和排水孔开关器等精细模拟排水孔的关键技术。工程实例表明,采用该方法可以有效地解决水位骤降下上游坝坡布置密集排水孔三维渗流场的精细数值模拟问题。     

考虑降雨入渗的有密集排水孔幕渗流场分析

有复杂边界面的渗流场求解问题经常会同时涉及降雨入渗边界和密集排水孔边界,这一般是一个非饱和渗流问题,因此传统的稳定饱和排水子结构模型不能适用。根据2类不同的排水孔,给出了排水子结构典型网格划分型式,提出了相应的非饱和排水子结构水力学模型,并引入传统模型中未考虑的降雨入渗等其它边界,使得模型更全面和完善。     

金沙峡电站闸坝区渗流场有限体积法数值模拟

为实现泄冲闸、进水闸和土坝结合部位三维渗流场真实区域的数值模拟,采用有限体积法对含排水孔在内的闸坝区三维渗流场进行了网格划分。根据计算结果可知,闸基处防渗墙效果微弱,溢出点垂直坡降大于允许值,对工程不利,并提出了相应的改进措施。     

双河油田储层渗流单元分析及应用

双河油田已进入开发后期 ,为了精确预测层内潜力分布状况 ,解剖更小级别的储层非均质单元的分布 ,提出了储层渗流单元分析法。研究表明 ,双河油田储层可划分出 4种渗流单元类型 ,渗流单元与成因砂体之间的关系不是简单的对应关系 ,平面上渗流单元分布很复杂 ,表现为极强的非均质性。储层渗流单元模型可应用于数值模拟网格划分和定性预测剩余油的分布 ,从而大大提高剩余油分布预测的精度和工作效率     

自然单元法在岩土工程中应用两例

自然单元法(NEM)是较近出现的一种无网格方法,其形函数兼有无网格的特点和传统有限元的优点,是一种理想的适合岩土工程问题计算的新型数值方法。介绍了自然单元法的基本原理和特性,并讨论了其在岩土工程中的具体应用。将Goodman单元引入自然单元法以实现对不连续面的模拟,研究表明,在NEM中加入节理单元的总体原则和具体的实施细节与FEM中完全相同;而在一般的无网格方法中,则稍微复杂一点。为了实现对岩土工程中常见的无限域或半无限域问题的模拟,引入了无界单元;由于自然单元法的特性,自然单元法和无界元可实现无缝“耦合”。具体的数值算例验证了上述思路。     

复杂地铁车站施工对邻近建筑物变形影响数值分析的位移叠加法

换乘地铁车站基坑工程地下空间布局复杂,由垂直交叉的地铁车站基坑工程、联络通道、区间隧道等共同组成,通常采用数值模拟方法分析基坑施工对邻近建筑物的变形影响。由于空间结构复杂、基坑规模大,采用整体模型来模拟施工过程建模困难,网格数量多,单台微机难以完成。为了解决这个问题,在合肥市潜山路地铁车站的数值模拟计算中采用位移叠加法,把复杂的地铁基坑工程计算模型剖分为整体模型和一个局部模型,将整体模型计算的变形结果作为局部模型计算的初始位移场,在该基础上对局部模型进一步开挖模拟基坑工程施工对邻近建筑物的影响。以单元内插法和反距离加权插值法为例,通过两种方法导出整体模型的初始位移场,并将两种位移叠加法计算得到的结果与单独计算的结果进行对比。结果表明,采用位移叠加法得到的计算结果与单独计算得到的结果基本一致,可近似作为完整模型计算结果,证明了位移叠加法的可行性。通过比较可知,采用反距离加权插值法比单元内插法具有更高的精度,得到的计算结果更准确。研究结果对复杂基坑工程数值模拟计算有重要的参考和应用价值。     

基于Ansys的渗流自由面计算方法

对渗流自由面计算的单元传导矩阵调整法进行了改进。在局部坐标系下,将单元离散为一系列面元（三维为体元）,根据面元或体元形心处的压力水头值来确定面元或体元的权系数,然后按加权平均确定单元的等效渗透系数,该方法既可以避免复合单元中自由面上下面积或体积的计算,面元或体元的离散密度也可以任意选择,简化了计算程序。通过预设的收敛参数来控制迭代过程,可避免相邻两次计算的渗透系数变化太大而难于收敛。以Ansys为开发平台,用APDL语言编写了相应的计算程序,扩展了Ansys的计算功能,为渗流自由面计算提供了新途径。算例表明：该方法的收敛性较好、计算精度较高,能满足工程需要。     

光照碾压混凝土大坝渗控分析

基于光照水电站坝基水文地质条件及坝体渗透特性的研究,建立了大坝三维有限元模型,模型较详细地考虑了坝体大坝不防渗结构和排水系统及坝基地质和防排渗结构。分析研究了薄层单元、排水孔幕的模拟方法,采用合适的方法计算了同条件下的渗控情况。通过综合对比分析,对该坝的渗流规律及相应渗控措施进行了初步地探讨。     

黄土地区边坡虹吸排水孔间距优化

为使虹吸排水技术在黄土地区边坡应用中取得更好效果,考虑黄土各向异性进行虹吸排水孔间距设计,基于Neuman理论,利用土质渗透系数差异程度考虑黄土各向异性渗流规律,引用拦截比的概念,并结合降深与影响半径的关系,推导出了一种适合各向异性土体的虹吸排水间距解析解。结果表明：虹吸排水孔间距不仅与渗透系数和降深相关,还与竖向渗透系数与水平渗透系数之比有着较大的关系。在黑方台黄土地区的实际工程案例中,0.4 m为虹吸排水孔的最优间距。数值模拟及解析计算表明,单排排水孔间距在0.4 m的情况下拦截比为49.7%,满足工程实际要求。     

渗透压力对重力坝有限元分析的影响研究

针对有限元分析重力坝的应力和抗滑稳定性时,如何正确模拟作用在建基面上的扬压力的问题,通过对有限元法中不同扬压力施加方式对计算结果影响的分析比较,探讨了各自的适用性。采用平面渗流理论,分析了渗透压力对坝体变形、应力分布及抗滑稳定的影响。数值计算结果表明：坝体内渗流场形成后,将扬压力以面力的形式施加在建基面上的方法是不可取的;采用浮重度的方式模拟扬压力的作用,得出结果的可以近似地满足工程精度要求。计算结果还表明,防渗帷幕和排水孔对重力坝的应力、抗滑稳定具有较大的影响。     

边坡水平排水孔幕的渗流计算

为了简化边坡水平排水孔幕的渗流计算,根据排水孔两侧水位曲线对称的特征,选取隔离体来模拟研究边坡中地下水的运动规律。将排水孔视作强透水的管状渗透介质,建立隔离体的渗流模型,采用数值法模拟分析水平排水孔幕工作时渗流场的分布特征。实例表明,该方法合理有效,可用于边坡水平排水孔幕系统的排水效果评价及边坡水平排水孔幕系统的合理设计。      

渗流问题的三维h型自适应有限元法研究

研究了三维渗流的自适应有限元法,建立了集成网格自动剖分、渗流有限元分析、网格调整、后处理等四大模块的四面体单元h型自适应系统。给出的算例证实了系统的有效性和优越性。