基于有限元法的复杂三维渗流场渗流量计算方法研究

摘要

渗流量是渗流控制的一项重要指标，准确预估渗流量是渗流计算分析的难题之一。本文根据实际工程应用的需要，深入研究了三维渗流有限元计算中渗流量的计算方法，提出了基于有限元法的复杂三维渗流场任意断面渗流量的计算方法，并论证了该计算方法的正确性和实用性。主要内容总结如下： (1)由渗流基本理论出发，介绍了达西定律和渗流的基本方程，阐述了与渗流问题相关的参数、定解条件与数学模型等基本概念。 (2)介绍了有自由面的渗流问题的有限元求解方法。阐述了三维渗流有限元计算中较为常用的渗流量计算方法，即中断面法和改进的等效结点流量法，对两种方法的基本理论依据和推导过程进行了说明。 (3)从渗流量的定义着手，运用有限元基本理论以及等参数变换，提出了计算任意断面渗流量的数值算法，推导出求取渗流场中任意指定点水头值的迭代计算公式，并开发了三维渗流场中任意断面渗流量的计算程序。 (4)以均质矩形坝、砂槽模型试验、堤坝为例，证明了本文计算方法的合理性以及所编写的渗流量计算程序的正确性。通过对比得出，本文方法算得的渗流量精度较高。 (5)以马来西亚巴贡水电站坝址区渗流量控制计算和巴基斯坦真纳水电站基坑排水井群渗流量计算为工程应用实例，证明本文计算方法适应性强、精度高、应用方便、实用性好。

目录

文摘

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第一章绪论

1.1渗流研究的意义

1.2渗流计算的任务和方法

1.3.本文研究渗流量计算方法的意义

1.4本文研究的主要内容

第二章渗流的基本理论

2.1达西定律

2.2渗流的基本方程

2.3渗流的基本参数

2.4渗流的定解条件与数学模型的选用

2.5流网

2.6本章小结

第三章三维稳定渗流场有限元计算分析

3.1有自由面渗流问题的有限元方法研究

3.2稳定渗流有限元计算原理

3.3渗流有限元法中渗流量的计算方法

3.4本章小结

第四章任意断面渗流量计算方法

4.1计算方法的基本理论

4.2计算方法的分析

4.3计算公式推导

4.4计算程序和流程

4.5本章小结

第五章算例分析

5.1均质矩形坝

5.2砂槽模型试验

5.3堤坝

5.4本章小结

第六章工程应用

6.1马来西亚巴贡水电站

6.2巴基斯坦真纳水电站

6.3本章小结

第七章总结与展望

7.1全文总结

7.2展望

参考文献

致 谢