ADINA软件在土石坝渗流场计算中的应用
第22卷 第1期2006年3月
西北水力发电
JOURNAL OF NORTH W EST HYD ROEL ECTR I C POW ER
V o l.22 N o.1
M ar.2006
文章编号:167124768(2006)0120039204
AD INA软件在土石坝渗流场计算中的应用
熊 政,何蕴龙,韩 健
(武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室,湖北武汉430072)
摘 要:根据基本方程及定解条件的比较分析,将AD I NA软件的温度场模块分析功能应用于渗流场的分析,并采用死活单元技术,通过迭代算法计算自由水面位置(浸润线),解决了实际工程观音岩心墙土石坝渗流稳定问题的求解。该方法可以解决复杂边界、多种介质的渗流问题,为实际工程设计应用提供强有力的途径。
关键词:土石坝;有限元;AD I NA软件;温度场;渗流场;死活单元;浸润线
中图分类号:TV641文献标识码:B
1 前言
渗流是土石坝的一个重要研究课题。土石坝的渗流属于地下水流的性质,其流动性态及对土石坝的破坏现象和过程,不易从表面发现,而在发现问题以后往往又难以补救。根据土石坝破坏的一些调查统计资料看,由渗流引起的破坏占相当高的比例。由此可见,渗流会对土坝稳定产生严重的危害。实际工程中,渗流边界条件非常复杂,介质也不单一,采用通常水力学近似解法难以得到满意结果。随着有限元技术的成熟,有限元法成为渗流分析的主要数值方法,对渗流场已经可以达到比较精确的模拟了。AD I NA软件是美国AD I NA R&D公司的产品,是基于有限元技术的大型通用分析仿真平台,其广泛应用到各个行业领域,具有强大的前、后处理功能和求解器。在AD I NA软件的温度场计算模块中,定义有渗流材料,具有专门的渗流场模拟计算功能,能得出令人满意的结果。
2 计算原理
AD I NA理论手册给出温度场的控制分析方程为:
5
5x k x
5Η
5x+
5
5y k y
5Η
5y+
5
5z k z
5Η
5z+q B=0
(1)边界条件满足:
Η S1=Η(2)
k n
5Η
5n S2=q S(3)式中 Η——温度;
k x、k y、k z——为介质三向热传导率;
q B——域内热源密度(即单位体积热生成
率);
S1、S2——两类已知边界条件(已知边界温
度和已知边界热源密度);
q S——边界热源密度。
若以渗透总水头H代替式中的Η,三向渗透系数K x、K y、K z代替k x、k y、k z,q0代替q S,同时q B 取为零,则上式变成:
5
5x K x
5H
5x+
5
5y K y
5H
5y+
5
5z K z
5H
5z=0
(4)
收稿日期:2005210224
作者简介:熊政(19802),男,湖北广水人,武汉大学在读硕士生。
边界条件满足:
H #1=H(5)
K n 5H
5n #2=q0(6)
这是我们熟知的渗流基本微分方程和两类渗流边界条件(已知水头边界和已知流量边界)。
比较式(1)、(2)、(3)和式(4)、(5)、(6)可见,土体渗流问题是温度场问题的一种特殊形式。只需将温度场介质换成土体介质、热传导率换成土体渗透系数、温度换成渗流总水头,同时取域内热源密度为零,边界条件相应地变为已知水头分布和渗透流速分布,就可以用AD I NA软件进行渗流场的计算了。
3 应用分析方法
土石坝渗流问题实际上是存在自由面的无压渗流问题。自由面的位置需要反复的迭代来确定,故属于边界非线性问题。采用有限单元法求解无压渗流场时,通常有变网格法和固定网格法两种。变网格法是将自由面作为可变动边界,在每一步迭代计算中需重新形成渗透矩阵,特别是当初始渗流自由面和最终稳定渗流自由面位置相差较大时,会使计算单元发生畸变,因而需对计算区域重新进行单元剖分;在实际应用上,变网格法难以处理渗透介质水平分层复杂的情形,尤其是在渗流场与应力场耦合分析中,更显变网格法的局限性。因此,在无压渗流场分析中,都倾向于采用固定网格法。网格固定法顾名思义是将网格固定,只是在自由面的位置对网格进行调整,然后按给定边界条件进行渗流计算,根据计算结果调整自由面的位置,反复试算调整直到两次计算自由面差值小于给定误差限。本文采用AD I NA提供的生死单元技术,首先假定自由面位置,直接将处于自由面上部的单元网格“杀死”,只“激活”处于自由面以下的单元网格,然后施加相应边界条件进行分析;并根据计算结果调整单元的死活,相应修正边界条件后重新计算直到达到计算精度。要想得出计算精度高且光滑的自由面,网格划分必须足够密。
4 应用算例
按照以上的思路和方法,运用AD I NA软件中的温度场,对如图1所示的均质矩形土坝稳定渗流问题进行计算,上游水头为6m,下游水头为1m,坝体宽度为4m。单元采用平面22D conduc2 ti on四节点单元形式划分,如图2。
计算后的渗流场如图3、图4。图中均清晰地显示出了求出的渗流自由面位置。表1中列举了渗流自由面上典型点位置和通过甘油模型试验得出的渗流自由面典型位置两者间的比较。从表中看,两者的计算结果基本一致,最大误差只有1
.6%,说明了该方法的准确和可靠性。
图1
矩形坝断面图(单位:
m)
图2 网格剖分图
图3 矩形坝渗流自由面(单位:m)
04西北水力发电第22卷
图4 矩形坝渗透流速分布图
表1 典型点位置水头对比单位:m
典型点
试验值
计算值
误差(%)
A 5.635.6370.12
B 5.105.0920.15
C 4.384.3860.14D
3.25
3.302
1.60
5 计算实例
采用上述计算方法,运用相关参数,针对金沙江观音岩水库混合坝侧墙式方案中土石心墙坝部分的结构断面进行了渗流场计算和分析。5.1 工程概况
观音岩水电站位于云南省丽江地区华坪县与四川省攀枝花市的界河塘坝河口附近,为金沙江中游河段规划的八个梯级电站的最末一个梯级,上游与鲁地拉水电站相衔接。心墙堆石坝:坝顶高程1141m ,最大坝高91m ,坝轴线方位角为
SE 105°
。上下游均按1∶1.7放坡。心墙堆石坝心墙顶宽为6m ,包括两层反滤层,厚度均为3m ,
帷幕平均厚度为3m
(见图5)
。
图5 大坝横剖面分区图(单位:m )5.2 计算参数和条件
根据地质勘测的资料,大坝各部分参数为:心墙的渗透系数为5.38×10-7c m s ,反滤料 的渗
透系数为3.37×10-3c m s ,反滤料 的渗透系数为9.07×10-1c m s ,坝壳料的渗透系数为3.62×10-2c m s ,地基取两层,范围取到3L u 线不透水
层位置,折算其渗透系数为1×10-4c m s ,上层弱风化层渗透系数为1×10-3c m s ,灌浆帷幕的渗透系数为2×10-5c m s 。5.3 大坝有限元计算
本文计算校核洪水位下心墙坝的渗流场情
况,上游水位1137.64m ,下游无水情况。水位高及所计算水头值以地基(高程为1100.00m )为基准。大坝有限元如图6。
计算结果如图7～9所示,分别给出了浸润线、等势线图和渗透流速分布,采用AD I NA 提供的彩色云图及矢量方式表示,可以更加直观地观察渗流场情况,也可以通过列表给出确切计算结果,为即将开工的观音岩混合坝工程设计提供了强有力的依据。例如浸润线位置可以用于土坝结构计算,渗流速度分布用于土坝防渗设计,也可以
图6 大坝有限元网格图
图7 大坝横断面等势线图(单位:m )
1
4第1期熊 政,等 AD I NA 软件在土石坝渗流场计算中的应用
计算出土坝渗流流量。
从图7～9中可以看出,用AD I NA 温度场模块计算出来渗流场的浸润线、等势线、流速分布总体上是符合一般心墙堆石坝渗流场规律的,可以通过具体的列表数值,如坡降、水头、流速等,用于为工程设计服务是可以令人满意的
。
图8 大坝横断面渗透流速分布图(单位:m s
)
图9 大坝横断面渗透压力等值线图(单位:Pa )
6 结语
上述计算实例表明,采用AD I NA 温度场中
的渗流计算分析模块功能进行土坝渗流计算是可行有效的,死活单元技术能够解决浸润线位置计算问题,通过浸润线的确定可以用于计算分析堆石坝的防渗设计和稳定安全情况,从而为工程应用提供了有效的解决方案。利用AD I NA 强大的前后处理功能能够为工程应用提供极大的便利,能够在解决复杂边界、多种介质的复杂渗流问题中取得令人满意的效果。本工程实例计算部分就为云南金沙江观音岩水电工程项目提供了可靠的依据。参考文献:
[1] AD I NA T heo ry and M odeling Gu ide V o lum e :
AD I NA 2T [K ].AD I NA R &D ,2003.
[2] 周创兵,熊文林,梁业国.求解无压渗流的一种新方
法[J ].水动力学研究与发展,1996,(5):5282534.
[3] 陈洪凯,等.渗流自由面求解的基本方法、修正及应
用[J ].重庆交通学院学报,1997,(3):5210.
[4] 朱军,刘光廷.改进的单元渗透矩阵调整法求解无
压渗流场[J ].水利学报,2001,(8):49252.
[5] 杜延龄,许国安.渗流分析的有限元法和电网络法
[M ].北京:水利电力出版社,1992.
[6] 黄蔚,等.三维无压渗流场的有限元算法研究[J ].水
利学报,2001,(6):33236.
[7] 王宏硕,翁情达.水工建筑物专题部分[M ].北京:水
利电力出版社,1990.
Appl ica tion of AD INA i n the Earth Dam Seepage Flow Stab il ity Com puta tion
X I ON G Zheng ,H E Yun 2long ,HAN J ian
(State Key labo rato ry of W ater R esou rces and H ydropow er Engineering Science ,W uhan U n iversity ,
W uhan 430072,Ch ina )
Abstract :A cco rding to com p arison of the fundam en tal equati on s and boundary conditi on s ,the AD I NA functi on of tem p eratu re field analysis is app lied to the of seep age flow field ,the elem en t b irth o r death techn ique w ith overlap m ethod is adop ted to calcu late the free w ater su rface site (satu rati on line ),in o rder to so lve the p rob lem of Guan Y in Yan Earth dam seep age flow stab ility .T h is m ethod can so lve the seep age flow p rob lem of com p lex boundaries and m edium s
.Key words :earth dam ;fin ite elem en t ;AD I NA softw are ;tem p eratu re field ;seep age flow field ;ele 2m en t b irth o r death ;satu rati on line
24西北水力发电第22卷
土石坝渗流研究综述
土石坝渗流研究综述（丁树云蔡正银） https://www.sodocs.net/doc/0716023991.html, 2008年10月 1日 《人民长江》编辑：宋志宁 摘要: 渗流和渗透控制是土石坝工程中的一项极其重要的课题，直接关系到工程的安全和投资。许多水工建筑物的失事都与渗流有关。从渗流量计算、渗透变形、渗透控制、渗流的数值模拟和渗透变形试验几个方面总结了国内外的研究现状和成果。认为今后研究重点应放在研制能够测定宽级配料在有围压条件下垂直向、水平向临界水力坡降与渗透系数的设备上，并应开展相应的理论分析。还应该研究建立渗透分析模型，利用其分析散粒体颗粒间受力相互作用发生变形的过程，并确立相应的数值模拟方法。 关键词: 渗透变形;数值模拟;渗流量计算;临界水力比降;土石坝 1 概述 随着我国水利水电建设的快速发展和“西电东输”水电项目的实施，众多高土石坝的建设被提上了日程，特别在深厚覆盖层河谷，地质条件差，地震烈度高，多数坝高较大（尤其200m以上）的大坝选择或拟选择建土石坝。渗流和渗透控制是土石坝工程中的一项极其重要的课题，直接关系到工程的安全和投资。许多水工建筑物的失事都与渗流有关，例如1964年鲍德温山（Baldwin Hills）坝由于铺盖与基础接触面产生渗透破坏而失事，1976年堤堂（Teton）坝由于右岸一个窄断层发生渗透破坏，不到6h就发生了跨坝事故。根据我国对241座大型水库曾发生的1000个工程安全问题所作的统计，其中有37.1%的安全问题是由于渗流引起的。 渗流是一门与水力学和岩土力学有着密切关系的学科，随着近代科学技术的不断发展，渗流在基本理论、试验手段、计算方法和应用等方面都得到了极大发展，逐渐成为一门专门的学科，已能解决各种复杂的工程问题。理论的发展与研究手段的进步是分不开的，主要表现在两个方面:①渗流研究中已经比较普遍地使用了现代电子计算技术，发展了数值模拟方法;②渗流机理研究的试验手段日益先进。 土石坝是挡水建筑物，它和渗流并存，有土石坝就有渗流，土石坝的发展史也就是渗流理论和渗流控制理论的发展史。本文从渗流基本规律、渗流中的数值模拟计算、渗透特性的试验研究3个方面分析国内有关渗流问题的研究现状。
土石坝渗流观测及方法
(1.浙江省水利水电河口海岸研究设计院，浙江杭州 310020) 在土石坝坝体和坝基适当部位，有计划地设置一些测压管或渗压计，以及在其下游 适当部位设置观测渗流量的量水堰，并进行观测，可及时了解水库在运行过程中坝 体的浸润线位置和渗流区各点渗透压力的大小，以及通过坝体和坝基渗流量的变化 情况，这对大坝的渗流和稳定分析都具有很大的实际意义。对土石坝各部位的测压 管水位和渗流量，选用合理的分析模型进行及时的分析是监测土石坝运行安全的重 要内容。本文从渗流的支配方程入手，建立了土石坝中有压、无压渗流及其渗流量 观测资料的分析模型。经过实际应用表明，它可较好地解决实际工程问题。 1 土石坝渗流的支配方程 忽略地下水流动方程中的惯性项，土石坝渗流的支配方程[1,2]为 (1) 渗流场为均质各向同性时，式（1）变为 或(2) 式中：k x、k y、k z分别为x、y、z方向上的渗透系数，h为水头，Φ=-kh为渗流速 度势。 对稳定渗流而言，它的解实际上可归结为在满足某特定边界条件下，求解上述方程式。对无压渗流问题，由于浸润面事先为未知边界，故在求解过程中，先假定浸润 面边界，然后需通过反复试算，才可以对问题进行求解。根据АравинВ.И.和НумеровС.Н.的推导结果[1]，对具有自由面的缓变渗流，当坐标轴位 于不透水层面时，其不稳定渗流的方程形式为：。在 稳定渗流时，则渗流方程的形式为：。以上式中：H为水深函数；n e为有效孔隙率；t为时间。在这种情况下，浸润线位置即是方程中的一个变量，故它无需作为边界条件来考虑。由于这时地下水流水深函数H的平方项亦满足 拉普拉斯方程，故只需以H2为基本变量，就可求解有压渗流一样的方法解决无压 渗流问题。因此人们常将上述方程应用于无压渗流问题中。 2 坝基有压渗流观测资料分析 根据上述渗流支配方程的基本特性，当渗流场固定时，各点的位势应不随时间而变。位势可用下式表示：。式中：h i为测压管水位，H1、H2分别为上下游
土石坝渗流破坏类型分析及防治措施
土石坝渗流破坏类型分析及防治措施 摘要：根据国内外大量失事大坝资料证实，由渗透破坏引起的事故占到四成以上。因此渗流问题是影响土石坝安全的主要因素。本文对土石坝渗流破坏机理进行分析及总结出防治方法措施 关键词：土石坝渗流破坏防治措施 土石坝是应用最广的挡水建筑物，用散粒材料填筑在不同的坝基上，挡水后上下游的水头差引起了水通过坝体、坝基及两岸坡向下游渗流。由于勘测设计不当、施工质量不良和管理运行不当以及渗流、地震等，使土石坝及其坝基发生缺陷病害，甚至垮坝失事。重要的病害有渗流破坏、滑坡、裂缝、地震震害和液化及其他病害。针对这些病害必须采取选用这种或那种坝体和坝基加固技术，以保证土石坝的安全及其水库的正常运用。根据国内外大量失事大坝资料证实，由渗透破坏引起的事故占到四成以上。因此渗流问题是影响土石坝安全的主要因素。 一、土石坝渗流破坏类型 坝体渗漏 浸润线从坝坡逸出将导致坝坡湿润或沼泽化:这种现象一般发生在均质坝或混合土料坝型中，过高的浸润面增加了滑坡的可能性，同时由于渗流的长期作用和气温及降雨的影响，坝坡土体的抗剪强度减小，局部渗透破坏，导致滑塌的可能性加大。下游坝面出现集中渗漏;坝体在分层填筑时土层较厚，施工机械的功率不足，致使每层填土上部不密实，局部疏松，形成水平集中渗漏带，有的坝由于施工组织落后，特别是大规模的人工填筑施工，采用分段包干的填筑方法，土层厚薄不一，上升速度不一致，致使相临两段的接合部位出现了少压或漏压的松土带。坝体裂缝渗漏:坝体开裂是形成坝体隐蔽渗漏的原因之一，由于心墙或斜墙 后坝壳一般是强透水的土料，通过裂缝的集中渗漏将在坝壳中扩散，因而难以发现集中渗漏区，根据坝壳浸润面观测成果也难以判断渗漏的存在。 2、坝后地面渗漏 土石坝外坡坝后地面出现砂沸、砂环、泉涌、管涌或沼泽化是经常遇到的渗漏现象，其成因与地层的构造及未能采取有效的渗流控制有关。对表层透水性较小的粉细砂、淤泥或壤土，其下为强透水的砂砾石或砂层地基，若坝后没有采取排水减压措施(减压井、减压沟)或有排水设施，但是由于这种地层的渗流出逸坡降较大，当出逸坡降大于表层土的临界坡降时，坝后地面即出现砂沸等破坏现象。 3、坝基渗漏及非正常渗漏
土石坝渗流问题研究综述
土石坝渗流问题研究综述 渗流问题是土石坝安全的关键。自土石坝出世以来，其渗流问题日益显现，人们对其关注和研究也越来越多。本文论述了当今世界土石坝渗流研究和渗流控制理论的发展历程，并提出了渗流的控制措施，从渗流研究的理论方法、渗流控制手段等方面对我国土石坝渗流理论和技术的发展方向予以展望，对土石坝渗流问题进行总结并综述。 标签：土石坝；渗流分析；渗流破坏；渗流控制 “哪里有土石坝哪里就有渗流”，渗流问题是土石坝安全的关键。渗流力学伴随着土石坝设计及其监控理论的发展来，土石坝的发展史也就是渗流理论和渗流控制理论的发展史。对于水利水电工程中最广泛的水库、坝堤等的安全问题，渗流破坏更为突出，在国内外的土石坝失事原因事例调查中占45%左右。大坝和堤防的防洪、灌溉、发电、供水、航运、旅游和改善生态等综合效益巨大，是我国社会经济的重要基础设施和全国防洪保安工程体系的重要组成部分。这些工程的安危与效益的兴衰，很大程度上依赖于水工渗流控制理论和技术及其应用的效果。 1、概述 土石坝是最普遍采用的一种坝型，截止目前，我国已建成各类水库83809座，其中坝型为土石坝的水库有83000余座这些水库在防洪、灌溉发电、城市供水、水产养殖及旅游诸方面发挥了巨大作用。但我国大部分土坝是在建国后的第一个五年计划（1953-1957年）和第二个五年计划（1958-1962年）大跃进时期以及十年“文革”期间修建，这些工程都是在“三边”（边勘测、边设计、边施工）工作方式下进行并完成吮特别是小型水库，更是在“四不清”（来水量、流域面积、库容、基础的地质情况均未调查清楚）就动工修建不少的工程虽然完成，但工程质量很差，“后遗症”很多，经过了近40年的运行，造成了大批的病险水库，其中水库渗漏问题最为严重据1981年的统计资料，241座大型水库发生的1000次事故中，由于渗流破坏而造成事故占总事故数的32%；从2391座水库失事分析，由于渗流、渗透破坏从而造成土坝垮塌的占29%。因此，对土石坝渗流稳定的研究显得刻不容缓。 2、土石坝渗流原因 由于填筑土石坝的土料和坝基的砂砾是散粒体结构，颗粒间存在大量的孔隙，都具有一定的透水性，水库蓄水后，在水压力的作用下，水流必然会沿着坝身土料、坝基土体、坝端两岸地基中的孔隙渗向下游，造成坝身、坝基和绕壩的渗漏。若渗流在设计控制之下，大坝任何部位的土体都不会产生渗透破坏，则为正常渗流，渗流量在规范许可的范围内，表现为稳定的渗流状态，一般不会对坝体造成较大的危害，此时渗流量一般较小，水质清澈透明，不含土壤颗粒。若渗流过大，且集中，水质混浊，则坝体或坝基产生了管涌、流土或接触冲刷等渗透
渗流稳定计算
赤峰市红山区城郊乡防洪工程 5.6稳定计算 5.6.1渗流及渗透稳定计算 1）渗流分析的目的 （1）确定堤身浸润线及下游逸出点位置，以便核算堤坡稳定。 （2）估算堤身、堤基的渗透量。 （3）求出局部渗流坡降，验算发生渗透变形的可能。 概括以上分析，对初步拟定的土堤剖面进行修改，最后确定土堤剖面及主渗，排水设备的型式及尺寸。 2）渗流分析计算的原则 （1）土堤渗流分析计算断面应具有代表性。 （2）土堤渗流计算应严格按照《堤防工程设计规范》（GB50286-981）第8.1.2条及本规范附录E的有关规定执行。 3）渗流分析计算的内容 （1）核算在设计洪水持续时间内浸润线的位置，当在背水侧堤坡逸出时，应计算出逸点位置，逸出段与背水侧堤基表面的出逸比降。 （2）当堤身、堤基土渗透系数K≥10-3cm/s时，应计算渗流量。 （3）设计洪水位降落时临水侧堤身内自由水位。 4）堤防渗流分析计算的水位组合 （1）临水侧为设计洪水位，背水侧为相应水位。 （2）临水侧为设计洪水位，背水侧无水。 （3）洪水降落时对临水侧堤坡稳定最不利情况。 5）渗透计算方法 堤防渗流分析计算方法按照《堤防工程设计规范》（GB50286-98）附录E3的透水堤基均质土堤渗流计算即——渗流问题的水力学解法。
6）土堤渗流分析计算 计算锡泊河左岸（0-468）横断面，堤高 5.05米（P=2%），半支箭左岸（0+302.25）横断面，堤高6.46米（P=2%），该两段堤防均属于 2级堤防，堤防渗流计算断面采用1个断面计算即可。采用《堤防工程设计规范》中透水堤基均质土堤下游坡无排水设备或有贴坡式排水稳定渗流计算公式： T H L T H H D 88.0m k q q 11210 ++-+=）（ （E.3.1） H m m b 121+-+=）（H H L （E2.1-3） 111 1 2m m H L += ? （E2.1-4） 当K ≤k 0时 h 0=a+H 2=q ÷? ???? ?+++??????++++?T H a m T K H a m H m m K 44.0)(5.0)5.0()5.0(1220222 22 +H 2 ……………（E.3.2-2） 对于各种情况下坝体浸润线均可按下式确定 X=k ·T '0q h y -+k ' 22 2q h y - ……………（E.3.2-6） 式中：q'= ） （021112 0211 m 2m 2k h m H L h H -++-+0 2110 10m k h m H L h H T -+-（E.3.2-7） k ——堤身渗透系数； k 0——堤基渗透系数； H 1——水位到坝脚的距离（m ）； H 2——下游水位（m ）； H ——堤防高度（m ）； q ——单位宽度渗流量（m 3/s ·m ）； m 1——上游坡坡率，m 1=3.0；
土石坝渗流安全监测研究
土石坝渗流安全监测研究 摘要：土石坝已经成为堤坝建设的主要类型，其具有较大的使用效益。但是土石坝可能会在水流长期冲刷下产生渗流，如不及时处理，会导致更为严重的安全风险。因此，土石坝的渗流安全监测就非常重要。本文主要探讨了土石坝渗流安全监测的必要性、安全监测存在的问题以及安全监测技术的运用，并对监测安全风险进行分析，以期促进土石坝渗流安全监测的发展。 关键词：土石坝；安全监测；管理；风险防范 当前水利工程中，堤坝修筑占有重要地位，对于水利工程的稳定性、周边居民的安居乐业都有重要意义。而土石坝已经成为当前高坝建设的主要方式，这种土石坝既可以利用土的黏性，又可利用石料的坚固性，而且土石坝的建造方式成本低、建设时间短、结构性能佳，因此被广泛应用。但是，土石坝在使用过程中也会不断受损，必然需要采用一定的安全监测方式来确保堤坝的安全。 一、土石坝安全监测的必要性 （一）避免渗流甚至滑坡的出现 土石坝具有一系列的优点，但是土石坝却有一个很大的劣势，就是采用混合材料之后，如果受到水流的长期冲刷，就可能产生渗流的情况，久而久之，坝体会越来越不稳定，甚至在下雨之后就可以出现滑坡。因此需要对土石坝进行安全监测，以做好预防措施。 （二）避免汛期溃堤 土石坝在正常水位的情况下受到的侵蚀力较小，虽有损坏，但只要能及时补救，还不至于发生大的危险。但是如果到了每年的汛期，尤其是在南方多雨地区，就很有可能会有溃堤的突发状况，因此更要在关键季节随时监测土石坝，以确保不会发生突发性的危险情况 （三）避免保养不当产生更大损失 土石坝的日常监测可以帮助对土石坝做好经常性的保养，及时发现问题，在问题还未扩大化时就进行修复，千里之堤毁于蚁穴，如果保养不当将可能造成更大的资金方面的损失。 二、现阶段土石坝安全监测存在的问题分析 现阶段土石坝的安全监测主要问题表现在两大方面，分别就是硬件配置方面
土石坝渗流安全评价
土石坝渗流安全评价 Revised by Hanlin on 10 January 2021
土石坝渗流安全评价1坝基渗流安全评价要点如下： 1砂砾石层（包括砂层、砂砾石层、砾卵石层等）的渗透稳定性，应根据土的类型及其颗粒级配等情况判别其渗透变形形式，核定其相应的允许渗透比降，与工程实际渗透比降相比，判断渗流出口有无管涌或流土破坏的可能性，以及渗流场内部有无管涌、接触冲刷等渗流隐患。 2覆盖层为相对弱透水土层时，应复核其抗浮动稳定性，其允许渗透比降宜由试验法或参考流土指标确定；对已有反滤盖重者，应核算盖重厚度和范围是否满足要求。 3接触面的渗透稳定性主要有以下两种型式： 1）复核粗、细散粒料土层之间有无接触冲刷（流向平行界面）和接触流土（流向从细到粗垂直界面）的可能性；粗粒料层能否对细粒料层起保护作用。 2）复核散粒料土体与刚性结构物体（如混凝土墙、涵管和岩石等）界面的接触渗透稳定性。应注意散粒料与刚性面结合的紧密程度、出口有无
反滤保护，以及与断层破碎带、灰岩溶蚀带、较大张性裂隙等接触面有无妥善处理及其抗渗稳定性。 2坝体渗流安全评价要点如下： 1均质坝。复核坝体的防渗性能是否满足规范要求、坝体实际浸润线和下游坝坡渗出段高程是否高于设计值，还需注意坝内有无横向或水平裂缝、松软结合带或渗漏通道等。 2组合（分区）坝： 1）防渗体（心墙、斜墙、铺盖、各种面板等）。复核防渗体的防渗性能是否满足规范要求，心墙或斜墙的上、下游侧有无合格的过渡保护层，以及水平防渗铺盖的底部垫层或天然砂砾石层能否起保护作用。 2）透水区（上、下游坝壳及各类排水体等）。复核上、游坝坡在库水骤降情况下的抗滑稳定性和下游坝坡出逸段（区）的渗透稳定性，下游坡渗出段的贴坡保护层应满足反滤层的设计要求。 3）过渡区。界于坝体粗、细填料之间的过渡区以及棱体排水、褥垫排水和贴坡排水等，应复核反滤层设计的保土条件和排水条件是否合格，以及运行中有无明显集中渗流和大量固体颗粒被带出等异常现象。
用Ansys分析有浸润线的土石坝平面渗流问题
用Ansys分析有浸润线的土石坝平面渗流问题 土石坝渗流分析，采用非饱和土渗流参数，迭代计算浸润线，根据前次计算结果，不断修改单元的渗透系数和浸润线出口位置，直到满足精度要求。本算例的土石坝体型比较简单.采用非饱和渗流计算.即渗透系数为空隙压力的函数.首先建立一个数据文件PPPP.TXT，存储渗透系数函数关系，如下。第一列为空隙压力值（水头M)，第二列为渗透系数指数，渗透系数等于10^A(M/D)。 -10.00 -4.0E+00 -9.00 -3.6E+00 -8.00 -3.2E+00 -7.00 -2.8E+00 -6.00 -2.4E+00 -5.00 -2.0E+00 -4.00 -1.6E+00 -3.00 -1.2E+00 -2.00 -8.0E-01 -1.00 -4.0E-01 0.00 0.0E+00 土坝顶宽4M，上下游坡比均为1:2，总高12M，底宽52M。上游水深8M，下游无水。 FINI /TITLE, EARTHDAM SEEPAGE /FILNAME,SEEPAGE5 /PLOPTS,DATE,0 *DIM,TPRE,TABLE,11,1,1,PRESS,KKPE ! 定义水压与渗透系数的关系数组 *TREAD,TPRE,PPPP,TXT ! 读入数组 *DIM,NCON,ARRAY,4 ! 定义数组，用于存贮单元四个节点号 /PREP7 SMRT,OFF ANTYPE,STATIC ! THERMAL ANALYSIS ET,1,PLANE55 MP,KXX,1,1 ! 饱和状态下的渗透系数 MP,KXX,2,1E-4 ! 完全干燥下的渗透系数，假设空隙水压力小于-10M时 K,1,24,12 K,2,24,0 K,3,0,0 K,4,28,12 K,5,28,0 K,6,52,0 L,1,3 L,3,2 L,1,2 L,4,5 L,5,6 L,4,6 LESIZE,ALL,,,24
土石坝毕业设计开题详细报告.doc
土石坝毕业设计开题报告 1. 课题研究的意义 土石坝是世界坝工建设中应用最为广泛和发展最快的一种坝型。土石坝如此广泛的应用，那就要求我们要掌握土石坝的设计以及施工工艺。进行土石坝的研究，可以让我们①掌握如何根据地形、地质、建筑材料、施工情况、工程量、投资等方面，经综合比较选定坝型，了解土石坝枢纽各建筑物组成、建筑物的工作特点以及在枢纽中的布置;②了解和掌握调洪演算的方法和水库各种特征水位的确定;③在对土石坝枢纽中各建筑物的设计中，了解各建筑物的选型比较方法以及所选定建筑物的设计难点和重点，并掌握相应的设计方法;④掌握计算机绘图和程序计算方法，培养设计报告撰写能力;⑤通过设计研究，培养文献资料查阅、发现问题、独立思考问题和解决问题的能力。 2. 国内外研究进展 土石坝是历史最为悠久的一种坝型。目前，土石坝是世界坝工建设中应用最为广泛和发展最快的一种坝型。据不完全统计，我国兴建的各种类型的坝共有8.48万座，其中95%以上为土石坝。21世纪我国水利水电事业将进入大发展时期，在西部大开发的战略下，一批水利水电工程将在黄河上游、长江中上游干支流、红河等水利资源丰富的江河上开工建设。 在国外土石坝的发展速度同样迅速，所建的百米以上的高
坝中，土石坝所占的比重呈逐年增长趋势，20世纪50年代以前为30%，60年代接近40%，70年代接近60%，到80年代后增至70%以上。随着近代的土石坝筑坝技术的发展，促成了一批高坝的建设。目前，世界上已建成的最土石坝为前苏联的努列克坝，高300m。我国已建成的天生桥一级面板堆石坝，高178m，在建的水布垭面板堆石坝，高233m，在建的糯扎渡心墙堆石坝，高261.5m。设计中的双江口堆石心墙坝，高314m。 3. 当前研究存在的问题 土石坝的当前研究主要存在：一是水库的渗流问题，二是除险加固的问题，三是新型材料的使用。 在坝与水库失事的统计中1/4是由于渗流问题引起的，我国大坝数量居世界首位，溃坝率亦居世界前列。溃坝的危害程度很高，尤其是对于高坝大库和大江大河的堤防工程，一旦失事其危害十分巨大，严重威胁整个水利工程的安全，进一步威胁下游人民生命和财产的安全。只有快速有效地分析堤坝的安全状况、运行状况以及溃坝风险分析等，才能减少事故的发生。只有有效地对多因素影响下的土石坝溃坝情况进行分析与预报，才能保证堤坝的正常运行、管理以及有的放矢地对堤坝工程进行除险加固处理。 较多的大坝需要除险加固，是由于当时特定的历史条件，存在严重的边勘测、边设计、边施工的现象，防洪标准低，质量控制不严，尾工和隐患较多，时刻威胁下游人民生命财产安全，
土石坝有限元分析(ANSYS)-渗流分析命令流
土石坝有限元分析（ANSYS）－渗流分析命令流 土石坝渗流分析，采用非饱和土渗流参数，迭代计算浸润线，根据前次计算结果，不断修改单元的渗透系数和浸润逸出点位置，直到满足精度要求。本算例的土石坝体型比较简单.采用非饱和渗流计算.即渗透系数为空隙压力的函数.首先建立一个数据文件PPPP.TXT，存储渗透系数函数关系，如下。第一列为空隙压力值（水头M)，第二列为渗透系数指数，渗透系数等于10^A(M/D)。 ! -10.00 -4.0E+00 ! -9.00 -3.6E+00 ! -8.00 -3.2E+00 ! -7.00 -2.8E+00 ! -6.00 -2.4E+00 ! -5.00 -2.0E+00 ! -4.00 -1.6E+00 ! -3.00 -1.2E+00 ! -2.00 -8.0E-01 ! -1.00 -4.0E-01 ! 0.00 0.0E+00 !土坝顶宽4M，上下游坡比均为1:2，总高12M，底宽52M。上游水深8M，下游无水。 FINISH /CLEAR /TITLE, EARTHDAM SEEPAGE /FILNAME,SEEPAGE5 /PLOPTS,DATE,0 *DIM,TPRE,TABLE,11,1,1,PRESS,KKPE ! 定义水压与渗透系数的关系数组 *TREAD,TPRE,PPPP,TXT ! 读入数组 *DIM,NCON,ARRAY,4 ! 定义数组，用于存贮单元四个节点号 /PREP7 SMRT,OFF ANTYPE,STATIC ! THERMAL ANALYSIS ET,1,PLANE55 MP,KXX,1,1 ! 饱和状态下的渗透系数 MP,KXX,2,1E-4 ! 完全干燥下的渗透系数，假设空隙水压力小于-10M时 K,1,24,12 K,2,24,0 K,3,0,0 K,4,28,12 K,5,28,0 K,6,52,0 L,1,3
友谊水库大坝模型渗流分析
友谊水库大坝模型渗流分析 大坝渗流是水库大坝常见病害之一，大坝渗流不仅造成水资源流失甚至影响大坝的稳定性。文章利用ANSYS软件对河北省友谊水库大坝建立了有限元模型，进行了渗流模拟计算，并将计算结果与实测结果进行比较分析，为大坝的除险加固提供理论依据。 标签：土石坝；ANSYS软件；渗流计算 截至2003年底，全世界共建15m高度以上大坝41413座，其中土石坝33958座，占82.7%；目前，我国已建水库8.6万余座，大中型水闸7.6万余座[1]，其中坝高15m以上的土石坝近2万座，占世界土石坝总数48.3%。这些水库在不同程度上均存在一定的安全隐患，除了防洪标准偏低以外，有些土坝的变形稳定和渗流稳定得不到保证，这是影响水利枢纽工程安全运行的主要因素[2]。大坝蓄水后，在上下游水头差的作用下，坝体和坝基会出现渗流现象，这将导致坝体出现各种不利因素导致其功能降低，或使大坝存在一定的安全隐患，从而影响大坝下游安全。 目前，渗流计算的方法有很多种，归纳起来主要有两大类。即理论分析方法和试验分析法[3]。其中，理论分析法包括：解析法、数值法、图解法；由于实际工程边界条件复杂，且渗流介质并非是单一介质，利用近似求解法计算往往不能得到满意结果，因此，目前大多采用有限单元法对大坝渗流进行模拟计算。ANSYS是美国ANSYS软件公司开发的大型通用有限元计算软件，具有强大的求解器和前、后处理功能。该软件可以进行热、电、磁、声、流体和结构等有限元分析，并可以进行多物理场偶合分析。由于渗流场和温度场可以相互比拟，本文采用ANSYS的温度场分析功能进行渗流场计算，取得了较满意的结果。 1 友谊水库大坝渗流场分析 1.1 水库基本情况 友谊水库位于河北省尚义县与内蒙古自治区兴和县交界处，是永定河支流东洋河上游的主要水利枢纽工程，控制流域面积2250km2，总库容1.16亿m3，是一座以防洪、灌溉为主，兼顾养殖的大（Ⅱ）型水利枢纽工程，工程等级为Ⅱ级，控制灌溉面积36万亩。水库设计洪水标准为100年一遇，校核洪水标准为2000年一遇。水库枢纽工程主要有拦河坝、溢洪道、输水洞等，水库拦河坝为均质土坝，最大坝高40m，坝顶高程1200m，坝顶长287m，坝顶宽7m，防浪墻高程1201.2m。上游坡由1：2.5、1：3、1：3.5三段组成，下游坝坡为1：2.5、1：3.5、1：3.5。下游坝坡高程1187m和1175m处增设两级马道，高程1187m马道宽度为2m，在高程1175m处马道宽5.0m。坝基为砂砾石，厚5～7m，未清基。坝前采用水平防渗，下游设排水反滤体，高6m。溢洪道堰型为驼峰堰，堰顶高程1190m，设五孔钢闸门控制，单孔净宽9m，下设差动式挑流鼻坎消能，全长208m，最大泄量2384 m3/s。输水洞为压力遂洞，进口高程1173.00m，洞径2.2m变1.8m，
土石坝渗流
土石坝渗流 土石坝泛指由当地土料、石料或混合料，经过抛填、辗压等方法堆筑成的挡水坝。当坝体材料以土和砂砾为主时，称土坝、以石渣、卵石、爆破石料为主时，称堆石坝；当两类当地材料均占相当比例时，称土石混合坝。土石坝是历史最为悠久的一种坝型。 土石坝渗流基本概况： 渗透变形是指在坝体及坝基中的渗流作用下，由于其机械或化学作用，使土体颗粒流失、产生局部破坏的变形(如管涌或流土等)。 渗透变形的形式与土料性质、土粒级配、水流条件以及防渗、排渗措施等多个因素有关；管涌和流土的发生与散粒土渗透变形破坏坡降的大小有关。诸多学者根据力学平衡原理，通过理论推导，得出一些管涌和流土的临界水力坡降模型公式。如太沙基模型公式、伊斯托明娜管涌型土的抗渗坡降公式、扎马林模型公式等，遗憾的是这些公式都未考虑与级配特征有关的参数，导致这些理论公式与实测值之间尚存在一些差距。 土石坝渗流基本目的： 土石坝渗流分析的目的是：①确定坝体浸润线和下游逸出点位置，绘制坝体及地基内的等势线或流网图；②计算坝体和坝基渗流量，以便估算水库的渗漏损失和确定坝体排水设备的尺寸；③确定坝坡出逸段和下游地基表面的出逸比降，以及不同土层之间的渗透比降，以判断该处的渗透稳定性；④确定库水位降落时上游坝壳内自由水面的位置，
估算孔隙压力，供上游坝坡稳定分析之用。 土石坝渗流基本形式： 渗透变形的型式及其发生发展过程，与土料性质、土粒级配、水流条件以及防渗、排水措施等因素有关，一般有管涌、流土、接触冲刷和接触流失等类型。工程中以管涌和流土最为常见。 (1)管涌 坝体或坝基中的无黏性土细颗粒被渗透水流带走并逐步形成渗流通道的现象称为管涌，多发生在坝的下游坡或闸坝下游地基面渗流逸出处。黏性土因颗粒之间存在凝聚力且渗透系数较小，所以一般不易发生管涌破坏，而在缺乏中间粒径的非黏性土中极易发生。 (2)流土 在渗流作用下，产生的土体浮动或流失现象。发生流土时土体表面发生隆起、断裂或剥落。它主要发生在黏性土及均匀非黏性土体的渗流出口处。 (3)接触冲刷 当渗流沿着两种不同土层的接触面流动时，沿层面带走细颗粒的现象称为接触冲刷。 (4)接触流失 当渗流垂直于渗透系数相差较大的两相邻土层的接触面流动时，把渗透系数较小土层中的细颗粒带入渗透系数较大的另一土层中的现象，称为接触流失。
不透水地基上均质土石坝的渗流计算
不透水地基上均质土石坝的渗流计算 以下游有水而无排水设备的情况为例。 计算时将土坝剖面分为上游楔形体,中间段和下游楔形体三段,如图1所示。 图1不透水地基上均质坝的渗流计算图 为了简化计算,根据电拟实验的结果,上游楔形体AMF 可用高度为H 1,宽度为1H L λ=?的等效矩形代替,λ值由下式计算: 1 211+=m m λ (1) 式中 1m ——上游坝面的边坡系数,如为变坡则取平均值。 这样就将上游面为坡面的渗流转换为上游面为铅直面的土石坝渗流问题。对所讨论情况的渗流计算可分两段进行,即坝身段(EOB”B ')及下游楔形体段(B’B”N ),见图1(a)。 按式(1)得通过坝身段的渗流量为: L a H H K q ' +-=2)(2 02211 (2) 式中 0a ——浸润线出逸点在下游水面以上高度； K ——坝身土壤渗透系数； H 1——上游水深； H 2——下游水深； L '——见图1。 通过下游楔形体的渗流量,可分下游水位以上及以下两部分计算,见图1(b)。 根据试验研究认为，下游水位以上的坝身段与楔形体段以1：0.5的等势线为分界面，下游水位
以下部分以铅直面作为分界面，与实际情况更相近，则通过下游楔形体上部的渗流量'2q 为： ()?+=+='0020225.05.0a m a K dy y m y K q (3) 通过下游楔形体下部的渗流量" 2q 为 222022 0221)5.0(m H m a m H a K q +++=" （4） 通过下游楔形体的总渗流量为2q : )1(5.02 0220222H a a H m a K q q q m +++="+'= （5） 式中 () 2225.02+=m m a m 根据水流连续条件,q q q ==21 ,并联立式(2)、式(5)两式,就可求出两个未知数渗流量q 和逸出点高度0a 。 浸润线由式(4)确定。上游坝面附近的浸润线需作适当修正:自A 点作与坝坡AM 正交的平滑曲线,曲线下端与计算求得的浸润线相切于A’点。 当下游无水时,以上各式中的H 2=O ；当下游有贴坡排水时,因贴坡式排水基本上不影响坝体浸润线的位置,所以计算方法与下游不设排水时相同。 有褥垫排水的均质坝 和有棱体排水的均质坝渗流计算公式。 标签：不透水地基上均质土石坝的渗流计算
第三节 土石坝的渗流分析
第三节 土石坝的渗流分析 一、渗流分析的目的 1) 确定浸润线的位置； 2) 确定坝体和坝基的渗流量； 3) 确定渗流逸出区的渗透坡降。 二、渗流分析方法 常用的渗流分析方法：流体力学方法、水力学方法、流网法和试验法。 三、水力学方法 水力学方法基本假定: 均质, 层流, 稳定渐变流。 1）渗流计算的基本公式 图4－19表示一不透水地基上的矩形土体，土体渗透系数为k ，应用达西定律和假定，全断面内的平均流速 v 等于： dx dy k v -= （4-8） 设单宽渗流量为q ，则： dx dy ky vy q -== （4-9） 将上式分离变量后，从上游面（x=0，y=H 1）至下游面（x=L ，y=H 2）积分，得： L k q H H 22221= - 即： L H H k q 2) (2 221-= （4-10） 若将式（5-9）积分限改为：x 由0至x ，y 由H 1至y ，则得浸润线方程： x y H k q 2) (221-= 即： x k q H y 22 1- = （4-11） 2）水力学法渗流计算 用水力学法进行土坝渗流分析时，关键是掌握两点：一是分段 ，根据筑坝材
料、坝体结构及渗流特征，把复杂的土坝形状通过分段，划分为几段简单的形状。二是连续，渗流经上游面渗入、下游面渗出，通过坝体各段渗流量相等。以此建立各段渗流之间的联系。 一、不透水地基上土坝的渗流计算 （一）均质土坝的渗流计算 1．下游有水而无排水设备或有贴坡排水的情况 如图4－20所示，可将土石坝剖面分为三段，即：上游三角形段AMF 、中间段AFB″B′以及下游三角形B″B′N。根据流体力学原理和电模拟试验结果，可将上游三角形段AMF 用宽度为△L 的矩形来代替，这一矩形EAFO 和三角形AMF 渗过同样的流量q ，消耗同样的水头。△L 值可用下式计算： 11 1 21H m m L += ? （4-12） 式中：m 1为上游边坡系数，如为变坡可采用平均值。 于是可将上游三角形和中间段合成一段EO B″B′,根据式(4-10），可求出通过坝身段的渗流量为： L H a H k q ' +-=2])([220211 （4-13） 式中：a 0 为浸润线逸出点距离下游水面的高度；H 2 为下游水深；L '为EO B″B′的底宽，见图5-20。 通过下游段三角形B′B″N 的渗流量，可以分为水上和水下两部分计算。应用达西定律其渗流量可表示为： 图4－20 不透水地基上均质坝渗流计算图
渗流计算内容
三、渗流计算内容 （一）不透水地基均质坝渗流分析 (1)下游有水而无排水或设贴坡排水情况 (2)下游设有褥垫排水的情况或下游设有棱体排水且下游无水的情况 (2)下游有堆石棱体排水且下游有水的情况 （二）不透水地基心墙坝渗流分析 计算时忽略上游坝壳段的水头损失，并将心墙简化为等厚的矩形断面，下游坝壳段与均质坝同样处理。 心墙简化为矩形，心墙段的单宽渗流量为： (1) 假定下游坝壳逸出点位于下游水位与堆石内坡的交点A ，则坝壳内单宽流量表达式为： (2) 由q= q1=q2，联立方程（1）和（2），可求出q 和h 。 下游坝壳的浸润线方程为： （三）有限深度透水地基土石坝渗流分析 计算有限深透水地基上土石坝的渗流时，为简化计算，坝体内渗流仍可用上述不透水地基上土石坝的渗流计算方法确定渗流量及浸润线，坝基渗流则按有压渗流计算。坝体渗流量与坝基渗流量之和即为总渗流量。 1、均质坝 假设坝体的单宽流量为q1，坝基的渗透系数为kT ，透水地基深度为T ，单宽流量为q ′，上下游水头分别为H1和t 。 由达西定理可得地基内单宽流量q ′： 将上式从上游面（x=0，y=H1）到下游面（x=L ，y=t ）积分得： )2/()(2211δh H k q c -=L t h k q 2/222）（-=)2/(22q y h k x ）（-=
L L可表 示为L= L0+0.88T，式中0.88T为考虑进出口流线弯曲的影响的修正系数。 则通过坝体与坝基的总单宽流量为： 2、心墙坝 ①地基上有混凝土防渗墙的心墙坝 设心墙、砼防渗墙、下游坝壳、透水地基的渗透系数分别为kc、kD、k、kT 。 通过防渗心墙和地基砼防渗墙的渗流量为： (1) 通过防渗心墙后的坝壳和地基防渗墙后的地基的渗流量为: (2) 由q=q1=q2，联立求解式(1)和(2)即可得q和h 。 ②地基上有截水槽的心墙坝，截水墙与心墙材料相同。 通过防渗心墙和地基截水墙的渗流量为： 通过防渗心墙后的坝壳和地基截水墙后的地基的渗流量与地基中有混凝土防渗墙的心墙坝相同。 3、带截水槽的斜墙坝 （四）总渗漏量计算 （五）抗渗稳定验算 (1)渗透变形的形式及其判别 (2)渗透破坏标准 （3）防止渗透变形措施
ansys土石坝渗流计算
finish /TITLE, EARTHDAM SEEPAGE /PLOPTS,DATE,0 /PREP7 SMRT,OFF ANTYPE,STATIC ET,1,PLANE55 MP,KXX,1,1E-4 K,1,24,12 K,2,24,0 K,3,0,0 K,4,28,12 K,5,28,0 K,6,52,0 L,1,3 L,3,2 L,1,2 L,4,5 L,5,6 L,4,6 LESIZE,ALL,,,24 A,1,3,2 A,1,2,5,4 A,4,5,6 MSHK,2 MSHA,0,2D AMESH,ALL NUMMRG,NODE *GET,N_MAX,NODE,,NUM,MAX *GET,E_MAX,ELEM,,NUM,MAX *DIM,N_TEMP,ARRAY,N_MAX *DIM,N_PRE,ARRAY,N_MAX LSEL,S,LINE,,1 NSLL,S,1 NSEL,R,LOC,Y,0,8 D,ALL,TEMP,8 LSEL,S,LINE,,5 NSLL,S,1 NSEL,R,LOC,X,42.9,52.1 *GET,Nc_NUM,NODE,,COUNT *get,Nc_min,node,,num,min *SET,DNN,Nc_min *DO,I,1,Nc_NUM D,DNN,TEMP,NY(DNN)
*if,I,LT,Nc_NUM,then *SET,dnn,ndnext(dnn) *endif *ENDDO ALLSEL,ALL FINISH /SOLU SOLVE FINISH SA VE *SET,MAXCOMP,20 *SET,DD_HEAT,0.01 *DO,COM_NUM,1,MAXCOMP *SET,DD_H,0 FINI /POST1 *DO,I,1,N_MAX *IF,COM_NUM,NE,1,THEN *SET,DD1,N_TEMP(I) *IF,ABS(DD1-TEMP(I)),GT,DD_H,THEN *SET,DD_H,ABS(DD1-TEMP(I)) *ENDIF *ENDIF *SET,N_TEMP(I),TEMP(I) *SET,N_PRE(I),N_TEMP(I)-NY(I) *ENDDO *IF,COM_NUM,NE,1,and,DD_H,LE,DD_HEA T,exit FINISH /POST1 /CLABEL,,1 /EDGE,,0 /CONTOUR,,8,0,1,8 PLNSOL,TEMP PLVECT,TG PLVECT,TF, , , ,VECT,ELEM,ON,0 LSEL,S,LINE,,1 NSLL,S,1 PRRSOL,HEAT FSUM,HEAT *GET,Q_day,FSUM,0,ITEM,HEAT *SET,Q_day,abs(Q_day) ALLSEL,ALL *DO,I,1,N_MAX *SET,N_TEMP(I),TEMP(I)
Seep(渗流计算)-V3.0使用手册
二00四年一月
1渗流基本理论 1.1水工渗流的危害及渗流分析计算的任务 流体在多孔介质中的运动称为渗流。水是最为常见的流体，水利水电工程中由于广泛建造堤、坝、围堰、水闸等挡水建筑物形成了水头差，这些建筑物或其地基通常是透水的多孔介质，因此水工渗流现象十分普遍。 水工渗流造成多方面的危害。渗流造成水库、渠道水量损失；渗流使堤坝、围堰土体饱和，降低坝体的有效容重和抗剪强度，可能导致坝坡失稳；建筑物地基渗流对建筑物底部产生扬压力，也不利于建筑物的稳定；渗流流速过大时，还可能造成坝体或建筑物地基的土体颗粒流失，发生渗透变形，从而使堤坝崩塌或建筑物滑移、倾覆；水库渗流还可能引起下游地下水位升高，导致农田冷浸渍害、盐碱化，使作物减产；拦污坝渗流造成地下水环境污染。 水工渗流分析计算的任务就是要研究水在渗流区域的渗流流速、流量、水头分布及浸润线等，从而为采取合理的渗流控制措施提供依据，以避免或减缓渗流危害。 1.2达西定律 19世纪50年代，法国工程师亨利·达西（H.Darcy ）通过对装在圆筒中的均质砂土进行渗透试验发现，通过两个渗流断面间的平均渗流流速，正比于两断面间的水头差△h ，反比于渗径长度L ，且与土粒结构及流体性质有关。这就是著名的达西定律，可用公式表达为： kJ ds dh k L h k v =-=?-= (1.2.1) 式中h —测压管水头，g v p z h 22 αγ++=，z 为位置高度，p 为压强，γ为水的容重。因为 渗流的流速一般很小，流速水头g v 22 α可忽略，故γp z h +=。 k —反映土粒结构及流体性质的系数，即渗透系数，对于某一具体的流体（比如水）而言，k 值仅与土粒结构有关。 J —渗透坡降，ds dh J = 。 式中的负号“-”表示水总是流向水头减小的方向。 应当注意，达西定律中的流速是全断面上的平均流速v ，而不是土体孔隙中的流速, v ，这两种流速存在以下关系： ,nv v = (1.2.2) 式中n 为体积孔隙率，可见达西流速小于土体孔隙中的流速。 还应注意，达西定律只能适用于层流状态的渗流运动。在水利工程中，除了堆石坝、堆石排水体等大孔隙介质中的渗流为 流之外，绝大多数渗流都属于层流，达西定律都可适用。对于非层流渗流，其流动规律可用以下公式形式表达: