高等土力学04土中水与渗流计算.pptx

;;第四章 土中水及渗流计算 ;4.1 导言 4.2 饱和土的渗透性和基本方程 4.3 饱和土二维渗流与流网 4.4 饱和渗流数值计算方法 4.5 非饱和土水的形态和基质吸力 4.6 非饱和土土水特征曲线 4.7 非饱和土的渗透性和数值计算 4.8 有关渗流的一些工程问题;导 言;岩土中的水及其运动;岩土中的水及其运动;岩土中的水及其运动;三种形态的地下水;土中水 - 使大地充满生机;渗流的工程应用;98洪水中的险情和溃口;江西省江新洲洲头北侧堤坝崩岸原貌;长江的塌岸;渗透破坏:青海沟后水库溃口;土中水和渗流问题的研究历史;4.1 导言 4.2 饱和土的渗透性和基本方程 4.3 饱和土二维渗流与流网 4.4 饱和渗流数值计算方法 4.5 非饱和土水的形态和基质吸力 4.6 非饱和土土水特征曲线 4.7 非饱和土的渗透性和数值计算 4.8 有关渗流的一些工程问题;饱和土的渗透性和基本方程 ;;压力势由所受到的压力所决定，某点的压力势可以用与该点连通的测压管中的水位确定。可分：;;溶质势是半透膜上渗透压力的反作用，总是负值，也叫作渗析吸力。它实际上是水中离子和分子渗析扩散的驱动势能，与一般水体的宏观流动有一定的区别。纯水中溶质势设为零，即?o=0，溶解有离子的溶液中溶质势?o0 。离子浓度越大，溶解的离子价位越高， ?o的绝对值越高。; 总水头：单位重量水体所具有的能量;达 西 定 律;渗透系数的物理意义;流体性质;渗透流体的压力 温度 流体内电解质的浓度 水中含有封闭小气泡时，会对其渗透性产生很大影响 在粘土中由于双电层的影响，电解质溶质的成分对其渗透性起重要作用 溶液中盐含量提高（或价位提高），渗透系数加大，这与粘土中结合水膜的厚度有关;;达西定律的适用条件;广义达西定律（1）;广义达西定律（1）;[k]为渗透系数矩阵，其坐标转换规则满足张量的转换规则，因而也称渗透系数张量 对于三维问题，有9个分量，由于对称性，独立的分量共6个 对应kxy= kxz= kyz=0的方向称为渗透主轴方向;{v}为由其三个速度分量组成的向量 对各向同性材料，其方向同水力坡降方向一致 对于各向异性材料，其方向同水力坡降方向不一致;{i}为由其三个水力坡降分量组成的向量 对各向同性材料，其方向同流速方向一致 对于各向异性材料，其方向同流速方向不一致;广义达西定律 - 特例;稳定渗流的数学描述;稳定渗流的连续性方程;;稳定渗流的运动方程;渗流运动方程的特例;;;渗流的边界条件;;非稳定渗流的数学描述;非稳定渗流的连续性方程;非稳定渗流的运动方程;非稳定渗流的运动方程;稳定渗流和非稳定渗流;;;非稳定渗流自由水面条件;非稳定渗流自由水面条件;4.1 导言 4.2 饱和土的渗透性和基本方程 4.3 饱和土二维渗流与流网 4.4 饱和渗流数值计算方法 4.5 非饱和土水的形态和基质吸力 4.6 非饱和土土水特征曲线 4.7 非饱和土的渗透性和数值计算 4.8 有关渗流的一些工程问题;土中水及渗流计算; 流速势或势函数：;流 函 数;性质一：流线互不相交，在同一条流线上，流函数的值为一常数;势函数和流函数均满足拉普拉斯方程 势函数和流函数正交，一点两线的斜率互成负倒数 势函数和流函数是互为共轭的调和函数，两者均完备 地描述了同一个渗流场 当对调边界条件时，势函数和流函数两组曲线可互换;流速分布计算;流网及其特性;流网的画法;;所得流网为何为渗流问题的解？;物理 现象;;;4.1 导言 4.2 饱和土的渗透性和基本方程 4.3 饱和土二维渗流与流网 4.4 饱和渗流数值计算方法 4.5 非饱和土水的形态和基质吸力 4.6 非饱和土土水特征曲线 4.7 非饱和土的渗透性和数值计算 4.8 有关渗流的一些工程问题;饱和渗流数值计算;水力学方法：土石坝工程中使用的方法，简便实用，用于I、II级坝和高坝的初设以及III、IV级坝的初设和技设阶段； 手画流网法：简便快捷，足够精度较好，可分析较复杂断面的渗流问题； 电比拟试验法：利用电流场来模拟渗流场，简便、直观，可以用于二维问题和三维问题； 数值解法：有限元法、有限差分、边界元等，下面详细介绍有限元法。;饱和稳定渗流问题描述;建立有限元方程的方法;泛函与变分 - 最速降线;渗流运动方程的泛函 ; 在二维的情况下有：;离散计算域: 划分为有限个单元 单元描述: 结点水头、单元函数插值、导数 求单元的泛函值: 将单元的泛函用结点水头来表示 泛函对单元求和:域的泛函值? 域内结点水头的函数 泛函求极值:对每个节点水头的导数=0，得到以节点 水头为未知量的方程组 边界条件处理 求解方程组;;式中：; 单元e泛函的值为：;; 由单元的插值