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非稳定饱和—非饱和渗流场数值计算关键技术及其应用研究

本文以服务于我国水工结构工程及岩土工程建设为目标,就目前非稳定饱和-非饱和渗流场求解关键技术中的若干难点问题开展了较为深入的研究,主要研究内容及取得的相应研究成果如下:(1)开展了复杂渗流场渗流特性的研究,重点探讨了降雨入渗、非饱和蒸发入渗面、密集排水孔幕等对工程渗流特性的影响,基本搞清了这些边界条件影响工程渗流特性的方式和机理。(2)在固定网格结点虚流量法的基础上,针对有自由面渗流问题提出了改进结点虚流量法,并针对逸出面边界、纯虚单元及过渡单元处理等给出了严密的数学描述。(3)提出了非饱和蒸发入渗面的严密精细的数值模拟方法,定量分析了非饱和蒸发入渗面的作用,这对于边坡工程及农田水利工程有着重要的意义。(4)开发了考虑降雨入渗及非饱和蒸发入渗的三维非稳定饱和-非饱和渗流分析程序CIESUS-3D及专门求解有自由面的稳定饱和渗流分析程序PSSS-3D,同时探讨了相应的有限元加速技术。(5)在对现有排水孔幕数值模拟方法评价的基础上,  (本文共157页) 本文目录 | 阅读全文>>

武汉大学
武汉大学

岩土介质非饱和渗流分析及工程应用研究

饱和非饱和渗流现象是岩土介质中普遍客观存在的地下水运动规律,由于其对岩土体稳定性、地下水资源利用、污染控制、石油天然气开采等工程问题均具有重要影响,同时近十来年由于国内外在上述领域工程需求增加,使饱和非饱和渗流研究正成为岩土工程的热点问题。本文首先对岩土体饱和非饱和渗流、渗流场与应力耦合作用和降雨入渗条件下边坡稳定性方面研究情况进行了介绍,在总结前人研究成果的基础上对岩土介质饱和非饱和渗流理论及非饱和渗透试验、饱和非饱和渗流有限元模拟、降雨入渗及其对边坡岩体稳定性影响、渗流与变形耦合等几个方面进行了分析,主要研究和探讨的内容有:1.对多孔介质饱和渗流基本理论进行了简要论述,给出了多孔介质饱和渗流基本微分方程。阐述了非饱和土水势、多孔介质土水特征曲线和各种经验公式及非饱和渗透系数的影响因素等。研究了不同特征裂隙的渗透特性,并在此基础上分析了裂隙岩体的渗透特性,介绍了裂隙岩体REV的概念。基于已有的裂隙非饱和渗流试验资料,研究了岩石...  (本文共169页) 本文目录 | 阅读全文>>

《长江科学院院报》2004年05期
长江科学院院报

饱和-非饱和渗流计算参数分析

1 问题的提出在很多的工程问题中,如果仅仅考虑饱和区域的情况,不仅会增加分析的难度,甚至会出现对复杂问题无法求解的情况。国内外的一些学者致力于综合考虑饱和 非饱和渗流区域的数值计算方法,数值模拟非饱和渗流问题得到了很快的发展[1~6]。在非饱和渗流数值计算中,非饱和渗流参数的确定是数值计算中非常重要的部分。参数的正确与否,直接关系到数值计算结果是否和实际结果相符合。非饱和渗流参数主要包括土水特征曲线和非饱和导水率[7],前者是反应土体的持水能力的指标,后者是反应土体在非饱和区导水快慢的指标,这2项参数需要通过试验测得。然而,对地质条件复杂的工程问题,对每一种土料都开展耗时较长的非饱和渗流参数试验是不切实际的。以非饱和导水率的试验测定为例,采用简单的稳定蒸发法测量也需要数月时间,并且数据点存在离散性较强的现象。为克服这些缺点,多年来众多研究者试图在土壤结构与水力参数之间建立起一定的函数关系,从而找到一种土壤水分特征和水力传导系数测...  (本文共4页) 阅读全文>>

《水利水运科学研究》1997年03期
水利水运科学研究

堤坝饱和与非饱和渗流计算的有限单元法

191言土坝设计中,需通过渗流计算来确定浸润线、水头分布、渗漏损失和合理的防渗措施。甚至坝型和坝的断面尺寸也宜借助渗流计算来比较选定。土坝运行后,由于渗流条件不断改变,也要通过渗流计算来分析土坝坝体的渗流稳定,以及拟定必要的渗流控制、补强和加固措施。数值求解方法既能计算饱和渗流场,又能计算非饱和渗流场。在非稳定渗流中,渗流自由面随时间而变化,渗流场的形状和边界条件也较复杂,且不同程度地具有非均质各向异性的特点。实际工程的渗流计算,宜通过数值求解,借助于计算机才可完成,并取得满意结果[‘]。利用有限元求解土坝饱和一非饱和渗流问题,已有一些研究资料。1973年,Neuman首先提出了用有限元法求解土坝饱和一非饱和渗流的数值方法;后来,日本的赤井浩一采用了Neuman的数学模型和有限元计算式进行了数值计算’‘’。在国内,黄河水利科学研究院也进行了堤坝饱和一非饱和渗流数值计算分析’‘],武汉水利电力大学在地下水饱和一非饱和运动研究中取得...  (本文共11页) 阅读全文>>

《岩土工程学报》1988年06期
岩土工程学报

堤坝饱和-非饱和渗流的数值分析

— ——— 一、月u 吕 堤坝工程中渗流计算是—个很重要的课题。以往的渗流计算,一般是以自由水面为边界,在饱和区域内进行求解卡但是,由干土的基质势和重力势的作用,产生非饱和流动,自由水面边界不能真实地反映堤坝的渗流状态’‘’。所以上述方法不能有效地解决水位上升和降雨等引起的不稳定渗流问题。 对于洪峰来猛去速的河流,一般呈现暴涨暴落的特点。此种洪水产生的渗流动态.可能造成工程失事。因此,不稳定渗流的计算研究,具有重要的意义。 本文研究内容主要是根据饱和-非饱和渗流规律建立的数学模型,将堤坝内饱和区与非饱和区耦合在一起,构成整体的分析模型。然后应用有限差分法编出程序,上机计算。同时,用模型试验资料进行验证,论述分析方法的可靠性和精度。 二、饱和词饱和渗流分析的数学原理 (一)饱和-非饱和谗流的敷学模型 堤坝上体的饱和状态,根据土的孔隙中含水的相对比例可划分成饱和区与非饱和区。自由水面(浸润线)以下的上体处于饱和状态(遗留的气体是以孤...  (本文共10页) 阅读全文>>

《固体力学学报》2013年S1期
固体力学学报

饱和—非饱和渗流三维数学模型及数值方法

0引言传统的地下水渗流模拟主要包括饱和流模拟和非饱和流模拟,无论是在饱和流模拟(以潜水面为上边界)还是在非饱和流模拟(以潜水面为下边界)中,都不可避免的遇到潜水面上下波动给数学建模带来的较大困难,实际工作中很难将潜水面作为边界条件预先确定下来.将饱和流和非饱和流统一起来模拟,则可以把潜水面置于整个研究区域之中,不再作为边界条件,从而避开了边界面上下波动所带来建模难题.尽管饱和—非饱和渗流模拟的难度较两者单独模拟大了很多,但研究这一问题仍具有重要的实用意义.目前国内外已经开展了饱和—非饱和渗流的数学建模研究,但主要采用压力水头的表示形式[1-4],该形式的模型在数值求解时会有较大的数值振荡和数值弥散.本文首先建立了以总水头表示的统一形式的饱和—非饱和渗流三维控制方程,给出了主要耦合参数的计算方法,简化了控制方程的性质,使得数值求解变得容易;其次选取了合适的有限差分格式,确定了有效的数值求解方法;最后通过实际算例验证了模型和解法.1...  (本文共5页) 阅读全文>>