有密集排水孔的三维饱和-非饱和渗流场分析

针对工程实际存在的饱和．非饱和边坡岩体等计算域内有密集排水孔的问题，引入排水子结构技术，推导了相应的计算公式，并开发了相关的程序，同时也简介了降雨入渗和饱和．非饱和渗流逸出面的正确模拟问题。最后对长江三峡永久船闸边坡降雨入渗饱和．非饱和渗流场问题进行了求解，分析和论证了工程中的有关渗流控制情况。     

有自由面渗流分析中密集排水孔幕的数值模拟

为准确模拟有自由面渗流场中密集排水孔幕的渗流行为,提出排水孔连续剖分新模式,避免了排水子结构算法中排水孔与整体网格不连续带来的计算困难,并在顶排型排水孔孔端设置虚拟的"渗流开关器",来实现对其作用的甄别。当排水孔失效,"开关器"关闭时只需把孔内结点作为内部点,避免了对失效排水孔按边界再处理的麻烦。排水孔的连续剖分和"开关器"的设置,既可以精细的模拟每个排水孔的作用、解决自由面穿越排水孔问题,又使大规模密集排水孔的模拟大为简化。算例验证了该方法的准确性和实用性。     

边坡虹吸排水数值模拟方法及应用

边坡虹吸排水是处于探索应用阶段的新技术。基于广义达西定律与渗流场分析的基本原理,将“以管代孔”法与解析单元法相结合,提出针对虹吸排水系统的数值模拟方法。按照流量和水头等价的原则,给排水孔赋予等效的渗透系数,并根据虹吸排水原理确定其内水头边界条件,以此模拟虹吸排水过程。建立边坡三维渗流有限元计算模型,以单个排水孔为例,计算虹吸排水作用前、后坡体内地下水位线与渗流场分布的变化,揭示了虹吸排水对边坡地下水渗流场的影响规律。在排水孔径和孔长恒定的条件下,模拟了排水孔位置变化对排水效果的影响,结果表明边坡虹吸孔位选择对排水效果有重要影响。     

水布垭地下厂房围岩渗控效应数值模拟与评价

 为减小水布垭地下厂房厂区渗漏并改善厂房围岩的渗透稳定性,工程设计采取防渗帷幕、排水孔幕和排水洞等防渗排水措施。为确保数值计算的稳定性和收敛性,采用Signorini型变分不等式和自适应罚函数相结合的稳定渗流分析方法,对厂房围岩的长期渗控效应进行计算分析;同时,采用基于等效模拟的整体模型分析和基于精细模拟的子模型分析相结合的方法,以减小有限元建模难度并协调计算量和计算精度之间的矛盾。建立评判渗流计算成果合理性的直观准则,即稳定渗流自由面在任意均匀介质内部必连续光滑且不产生回弯,除非自由面穿过渗透性相差悬殊的2种介质之间的界面。结合厂房围岩渗压监测数据,阐明运用上述方法求解含排水孔幕渗流问题的可行性和有效性,论证渗控设计的合理性和进一步优化的可能性。研究成果对类似工程渗控措施的优化设计具有指导意义。     

碾压砼坝的渗控分析研究

碾压砼坝因存在水平施工缝,其渗流特性、渗控技术及施工对策等较常规砼坝要复杂得多。本文借助于固定网格求解有自由面渗流问题的“节点虚流量法”,用较精细的三维有限元数学模型对碾压砼坝的渗流特性进行了计算分析。在建立模型过程中,着重介绍了对坝身层面缝隙的强透水性、坝内排水孔和廊道洞室的渗控行为以及坝基排水井作用等的合理数学模拟方法.基本上解决了碾压砼坝渗流计算分析的数学建模问题。文中结合铜街子牛日溪沟1号坝的设计施工情况,根据27个方案,进行了分析讨论,并给出笔者的建议。     

GJMZ法在小浪底消力塘排水洞排水孔方位优选中的应用

依据水利水电工程灌浆与排水钻孔方位优选新方法 ,对小浪底消力塘排水洞排水孔方位进行了计算和优选 ,其成果为设计部门提供科学依据 ,并取得了良好的应用效果。     

有自由面非稳定渗流分析的改进截止负压法

截止负压法是求解有自由面渗流问题较为有效的算法之一。针对其算法特点,结合渗流本质,指出该算法的不足之处在于只引用了单参数的罚函数,从而造成自由面附近区域的渗流计算不够精确。为此,提出了引用双参数罚函数的改进截止负压法,改进后的算法更能准确地考虑单元的部分饱和非饱和作用,精确地计算单元结点外力或者结点不平衡力,进而提高计算精度和收敛速度。最后,将改进算法用于求解有自由面非稳定渗流问题,编制了相应的有限元分析程序,并通过算例进行验证。     

Trefftz直接法解渗流自由面问题

提出具有自由面渗流问题的Trefftz直接法,首次用Trefftz直接法求解了该边界非线性问题,避免了常规边界元法奇异积分的困难和有限元法网格变动的麻烦。以均质土坝的稳定渗流问题和非稳定渗流问题为算例,结果表明,Trefftz直接法在渗流自由面问题计算中具有计算量小、精度高以及收敛性好等特点。     

“以管代孔”———排水孔模拟方法探讨

 依据渗流基本原理, 提出了“以管代孔”模拟岩体排水孔的新方法, 将排水孔作为强渗透性能的导水管单元反映在渗透介质结构中, 按流量和水头等价原则确定的单孔等效渗透系数体现了排水孔性能与孔距及岩体渗透性之间的关系, 能模拟不同条件下的排水效果, 为岩体排水优化设计提供了新的方法。     

同层排水回填层积水排除装置

本实用新型公开了一种同层排水回填层积水排除装置，它包括外壳和内管，内管设在埋设于楼板内回填层底面下的外壳中，外壳和内管之间形成排水腔，在排水腔的底端，内管和外壳闭合使排水腔底端密封，在靠近排水腔底端的内管管壁上设有排水孔，而排水腔的顶端开放形成进水口，内管上端具有连接排水接头或总管的上接口，外壳或内管的下端具有连接排水总管或排水配件的下接口。为了提高排水效果，在回填层底面附近铺设与排水腔相通的排水管。     

金川水电站地下厂房裂隙围岩渗控效应数值模拟与评价

针对金川水电站工程区复杂的地质条件和渗控措施,分别建立基于排水孔等效模拟的坝基整体模型和基于密集排水孔"弃孔算法"精细模拟的左岸厂区子模型,采用Signorini型变分不等式和自适应罚函数相结合的稳定渗流分析方法对厂区围岩的长期渗控效应进行论证和敏感性分析。在数值模拟中,为了克服传统分析所采用的均质各向同性渗透系数不能反映裂隙岩体渗透特性的不足,首先根据两岸和坝基岩体优势裂隙组的空间展布情况,基于统计学方法初步确定其渗透系数张量并获得主值及主方向,再根据钻孔压水试验资料确定的等效渗透系数对其进行修正,并通过坝址区的地下水位反分析对该方法进行了验证。结果表明,运行期工况下防渗排水系统对山体地下水位具有控制作用,主变洞和发电机层底板处于自由面之上,厂房和调压室底板稍有承压性。帷幕的渗透特性、辅助排水孔幕以及排水孔间距对渗流场分布影响很小但能显著减小厂房洞室及排水廊道的渗漏量,因此应保证防渗帷幕的施工质量并建议设置辅助排水孔幕,建议中层廊道以下的排水孔间距设为3 m,中层廊道以上的排水孔间距放宽到4.5 m。     

拱坝坝基渗流场的有限单元法精细求解

笔者在近 2 0年来对工程渗流问题研究的基础上 ,针对拱坝坝基岩体的渗流特性和有复杂的防渗与排水降压渗控措施 ,详细地论述了如何用有限单元法精细地求解坝基整体渗流场的思想和具体处理技术 ,所提出的算法技术在理论上是严密的 ,多年来一直已在工程中得到了广泛的成功应用。最后 ,作为算例对一个高 14 0m的拱坝坝基的三维整体渗流场进行了计算分析     

乌东德水电站坝基及右岸地下厂房区渗控措施研究

渗流控制措施是乌东德水电站大坝坝基及地下厂房设计的重要内容。针对乌东德水电站工程区复杂的地质条件和渗控措施,建立坝基及右岸地下厂房区三维模型,采用三维有限元渗流场精细求解技术对渗流场进行计算。成果分析表明,防渗帷幕和排水孔幕组成的渗流控制体系对山体地下水位具有控制作用,厂房侧墙位于地下水面以上;灰岩和厚层白云岩顺层面方向渗透性更强时,渗控措施的防渗排水效果更明显,但排水量显著增大。     

含排水孔裂隙岩体渗流与法向应力耦合的复合单元算法

提出了含排水孔裂隙岩体的渗流与法向应力耦合的复合单元算法。基于“空气单元”和“充填模型”,提出的复合单元耦合模型视排水孔和裂隙为虚拟的具有高空隙率的“充填介质”,采用复合单元前处理程序,排水孔和裂隙依据其具体位置和方位可自动离散模拟在复合单元内部,计算网格生成时无需考虑排水孔和裂隙的存在,网格划分不受限制。基于复合单元法,采用两场交叉迭代算法,建立了含排水孔裂隙岩体的渗流与法向应力耦合算法。此耦合算法不仅考虑了排水孔和裂隙中的渗流,而且考虑了排水孔和裂隙与相邻岩块之间的流量交换。通过复合单元和传统有限元两种数值模型进行简单算例分析,可知两种算法结果基本一致,进一步验证了提出的含排水孔裂隙岩体的渗流与法向应力耦合算法的有效性,同时可看出复合单元耦合模型的前处理简便快捷。     

电排站地基及其堤坝渗流三维有限单元法计算

本文介绍某大型电排站地基与土坝组合体的三维渗流数值计算及有关方法,该项工作的目的在于应用有限单元法解决较复杂的工程问题。文中阐述了如何处理有压流和无压流同时存在的三维非均质渗流场,介绍了求自由面与伸入式排水体交线位置的插值方法,三维自由面和渗出面的自动鉴别和调整方法以及应用“分块平移法”解线性代数方程组,充分利用磁盘（带）,使中、小型计算机能解数千、上万结点的大规模问题。     

排水孔模拟的汇线单元法

为模拟排水效应并解决排水孔附近水头梯度大、有限元网格划分细而显著增加计算量的问题,提出了汇线单元法。根据地下水运动基本理论,假设排水井的井周水流为径向流,推导出排水井流量的解析解,之后将该流量分配到常规有限单元的节点,建立节点水头与排水量之间的关系,形成汇线单元直接进行求解,实现排水孔的模拟。讨论了单井、干扰井群以及非完整井条件下汇线单元的差异,得出了以单井代替井群和非完整井误差不大的结论。应用表明,该方法程序实现简单,计算精度高。