裂隙岩体排水孔和排水盲沟渗流模拟方法及其应用研究

摘要

在水利工程或岩土工程中，排水孔是极为重要的渗控措施之一，但由于排水孔尺寸较小，数量众多，因此如何准确高效地模拟排水孔的排水降压作用是渗流计算分析的难题之一。本文以某水电站高拱坝坝后水挚塘复杂排水系统为实例，深入研究了裂隙岩体中密集排水孔的模拟方法。主要内容如下： (1)简单介绍了三维稳定渗流有限元法的计算原理，阐述了排水孔的渗流行为和排水孔“以线代孔”法的基本思想。分别采用“以线代孔”法和局部精细模型法研究了含复杂排水系统的坝后水挚塘渗流场，证明只要选取适当的单元网格，“以线代孔”法的计算精度是可以满足工程应用要求。另外，在局部精细模型中还分析了排水盲沟按出渗边界模拟与按等效连续介质模拟的差别。 (2)阐述了排水子结构法的计算原理及其优缺点，研制了密集排水子结构网格自动剖分程序，以工程实例分析比较了该方法与“以线代孔”法的计算成果，表明排水子结构法计算精度较高，但其前处理工作量较大，且方案变化影响有限元网格。 (3)介绍了解析法与有限元法耦合分析的计算原理及其程序流程，以工程实例分析了该方法的适用性，计算成果表明该方法的计算结果偏于保守。 (4)从解决工程渗流难题的角度出发，分析了四种排水孔模拟方法的适用条件及其优缺点。“以线代孔”法运算速度最快，精细模型计算精度最高。有条件时，尽可能采用精细模型。 (5)采用“以线代孔”法对水挚塘排水系统的布置方案进行优化研究，研究了不同布置方案渗流场、扬压力和渗流量的变化规律，并建议了较优的排水系统布置方案。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1研究目的和意义

1.2渗流分析方法

1.2.1渗流场模拟方法

1.2.2渗流计算模型的选取

1.3国内外研究进展

1.3.1有自由面渗流场的分析方法

1.3.2有排水孔渗流场的有限元分析

1.4问题的提出

1.5本文的研究内容

第2章“以线代孔”法及其应用

2.1引言

2.2稳定渗流有限元计算原理

2.2.1达西定律

2.2.2稳定渗流有限元法

2.2.3排水孔的渗流行为

2.3算例分析

2.3.1 工程概况

2.3.2“以线代孔”法分析

2.3.3精细模型分析

2.4本章小结

第3章密集排水子结构法及其应用

3.1引言

3.2排水子结构计算原理

3.3子结构网格自动剖分方法

3.4密集排水子结构法的应用

3.5算例分析

3.5.1密集排水子结构计算模型

3.5.2计算成果分析

3.6本章小结

第4章解析法与有限元法耦合分析

4.1引言

4.2计算原理

4.2.1各向异性渗流域中单个排水孔解析理论

4.2.2排水孔群的相互干扰作用分析

4.2.3排水孔准解析式与有限元法的耦合

4.3计算程序流程图

4.4算例分析

4.4.1有限元模型

4.4.2计算参数和工况

4.4.3计算成果分析

4.5本章小结

第5章水垫塘排水系统布置方案优化

5.1引言

5.2计算参数与计算工况

5.3计算成果分析

5.4本章小结

第6章总结与展望

6.1全文总结

6.2展望

参考文献

致 谢