结点虚流量法理论基础阐释及改进算法

含自由面的无压渗流问题本质上是一类非线性自由边值问题,固定网格的结点虚流量法在全域范围内不断扣除虚域流量贡献,从而使该问题得到求解。它具有网格依赖性小、出逸点收敛快等优点,但其内在理论基础尚未被完全揭示。通过引入互补型约束条件建立了结点虚流量法和Signorini型变分不等式提法的等价性桥梁,在此基础上引入过渡区放大系数(35)h对自由面判别准则进行优化,并以砂槽模型试验为例进行验证。对比结果表明,优化后算法数值稳定性更好,计算结果与试验数据吻合度更高。研究成果为超大规模网格的渗控结构优化设计提供了有效分析手段。

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。

乌江构皮滩双曲拱坝整体稳定性分析

采用固定网格的结点虚流量法进行构皮滩拱坝坝基三维渗流场分析,建立了拱坝及坝基的整体三维非线性有限元计算模型,研究了坝体、坝基的变形应力分布规律以及屈服区、开裂区影响范围,并进行了坝体、坝基的整体稳定性分析,对构皮滩拱坝的初步设计方案作出了科学、合理的评价。

高面板堆石坝施工期防洪度汛的渗流问题

高面板堆石坝工程时常面临施工期挡水度汛的情形,针对度汛期渗控体系不完善的渗流问题,依托某高面 板堆石坝工程,考虑坝体填筑、防渗体系以及基岩分布等因素,建立三维有限元计算模型,并采用改进结点虚流 量法进行渗流场仿真计算,得到不同度汛方案下坝体渗流场的水头分布、浸润线和渗透坡降,系统分析了施工期 挡水度汛情形的渗流场规律和特点.结果表明,若坝体防渗体系不完整,施工期坝体会引起显著的渗流问题, 易产生第二渗控线发生渗透破坏的危害,应确保坝体挡水时渗控体系的有效性,并严格控制第二渗控线的施工质量.

碾压混凝土坝防渗与排水渗控设计方法

本文采用渗流场求解的结点虚流量法、缝面无厚度平面单元、排水子结构和排水孔开关器等方法,依托10多年来对龙滩高碾压混凝土重力坝渗流特性和渗控优选方案的研究,对碾压混凝土大坝的坝上下游面防渗体和坝内排水孔幕的防渗与排水设施的渗控机理及效果进行了系统深入的分析研究。其中包括对上下游面防渗体的作用、本体的弱渗透性、层面和缝面的强透水性、上游面防渗体竖直劈头缝和水平裂缝的影响、坝段横缝止水失效的影响以及排水孔孔径和孔距的影响等问题的研究。

高面板堆石坝施工期防洪度汛的渗流问题研究

高面板堆石坝工程时常面临施工期挡水度汛的情形, 针对度汛期渗控体系不完善的渗流问题, 依托某高面板堆石坝工程, 考虑坝体填筑、防渗体系以及基岩分布等因素, 建立三维有限元计算模型, 并采用改进结点虚流量法进行渗流场仿真计算, 得到不同度汛方案下坝体渗流场的水头分布、浸润线和渗透坡降, 系统分析了施工期挡水度汛情形的渗流场规律和特点.结果表明, 若坝体防渗体系不完整, 施工期坝体会引起显著的渗流问题,易产生第二渗控线发生渗透破坏的危害, 应确保坝体挡水时渗控体系的有效性, 并严格控制第二渗控线的施工质量.

百色水利枢纽地下厂房整体渗流场分析及渗控方案评价

百色地下厂房洞室群渗控采用"厂外堵排为主、厂内排水为辅"为原则的独立防渗排水系统。该渗控方案坝基下灌浆帷幕与厂区灌浆帷幕之间是不连续的,留有很大的天窗,是否可行需进行分析评价。在该课题渗流场的有限单元法求解中,采用了固定网格求解有自由面渗流问题的结点虚流量法和排水孔排水子结构技术,在算法上较精确地确定和模拟所有地下洞室周壁面和计算域地表面中的可能渗流逸出面的真实大小和渗流状态,并由于采用仿真排水孔的孔径、孔距和孔深等几何参数,因此能较真实地反映出排水孔的三维渗流特性。该工程的渗控设施现已经历了两年运行考验,观测数据与计算分析成果基本一致。说明该渗流数值分析方法符合实际,设计所采用的渗控方案可行,值得在同类工程中推广应用。

句容抽水蓄能电站渗控效果数值模拟与评价

句容抽水蓄能电站地质条件复杂,为分析现拟的渗控措施能否达到预期效果,本文建立了句容抽水蓄能电站三维整体渗流场有限元模型,采用排水孔二次剖分技术和改进的结点虚流量法相结合的方式,实现了对排水孔幕等复杂渗控措施的精细模拟,分析了设计工况下电站的整体渗流特性.结果表明,现拟的渗控措施对库区及地下厂房洞室群渗流场起到了较好的控制作用.

洪屏抽水蓄能电站渗控效果数值模拟与评价

为合理评价洪屏抽水蓄能电站渗控效果,本文在建立库盆和地下厂房整体模型的基础上,提出一种以排水孔二次剖分技术和修正的结点虚流量法相结合的分析方法。该方法以排水孔二次剖分技术实现对排水孔等复杂渗控措施的模拟、以量化已知结点对过渡单元虚域部分的流量贡献来实现出渗点的精确求解、以逐步放宽过渡区范围实现对渗流自由面的准确定位,较为便捷地解决了含复杂渗控措施的渗流问题。同时,探讨地下水边界条件的添加方式,对类似工程的渗控优化具有指导意义。