基于ANSYS模拟非稳定饱和一非饱和渗流场.pdfVIP

第3O卷第4期 人 民 黄 河 Vo1．30．No．4 2008年4月 YELL0W RIVER Apr．，2008 【水利水电工程 】 基于ANSYS模拟非稳定饱和 一非饱和渗流场 岳庆河 ，刘福胜 ，刘佩玺 (1．山东农业大学 水利土木工程学院，山东 泰安 271018；2．济宁市水利局，山东 济宁272019) 摘 要：堤坝非稳定渗流数值模拟中，浸润面、逸出点事先未知，需要迭代计算 ，渗透参数需根据计算结果不断调整，都增 加了数值模拟的难度。选用Neuman饱和一非饱和渗流数学模型进行非稳定渗流场数值模拟，分析了数值模拟中逸出 面一般求解方法存在的问题并加以改进 ，使用ANSYS开发出渗流数值模拟程序，经实例验证表明该法是实用有效的。 关 键 词：饱和一非饱和；渗流；逸出面；ANSYS 中图分类号：TV139．14 文献标识码：A 文章编号：1000—1379(2008)04—0076--02 渗流计算是堤坝设计及除险加固中的一项重要内容。以 )、cos(，Y)、cos(，z)为边界面外法线方 向余弦；t为时间 往的渗流计算 ，一般忽略非饱和区渗流的影响，但是土的基质 变量 。 势和重力势的作用，使土体中孔隙水产生非饱和流动 ，只考 其中式 (1)为连续性方程，式 (2)一式 (4)为边界条件，r 虑饱和区渗流的方法不能有效地解决水位变化和降雨等引起 为已知水头边界，f2为已知流量边界， 为逸出段边界 (渗流场 的非稳定渗流问题。 边界见图1)，式 (5)为初始状态， 即为渗流场的初始水头。 已有不少学者应用ANSYS进行 了渗流场数值模拟研究。 许玉景等心首次使用ANSYS热分析模块结合单元生死技术进 行了稳定渗流模拟，蒙富强 对此进行了进一步充实，罗启北 等H使用ANSYS进行了导流洞有压渗流的动态模拟。为解决 存在浸润面的非稳定渗流场模拟问题，笔者对 ANSYS进行二 次开发，编制了非稳定饱和 一非饱和渗流程序，并通过实例验 图1 渗流场边界条件示意 证了程序的正确性。 热传导基本微分方程为 1 饱和 一非饱和渗流数学模型及有限元解法 也窘+kr_oa2_r+也 = (6) 比较渗流微分方程与热传导微分方程，可见二者控制方程 Neuman将非饱和区渗透系数看做孔隙水负压的函数 ，使 的形式完全相同，这就为应用 ANSYS热分析模块进行渗流场 饱和区与非饱和区渗流控制方程得到统一 ]。不考虑土骨架 分析奠定了基础心“]。对二维渗流微分方程应用变分法 ，并对 变形及水压缩性时，非稳定饱和一非饱和渗流数学模型如下： 时间取隐式差分，可得相应的有限元格式。 去[)]+[(OH]+啬[()O。Hj= 对于存在时间变量的瞬态热分析问题的求解 J，ANSYS 在空间域上按有限元方法求逐步积分，在时间域上用差分方法 EC(h)+as。] (1) 逐步积分，这些积分只要设定时间步长及相应的边界条件与初 H(，y,z，t)=Ht(，y,z，t)，在 fl上 (2) 始条件后 ，即可由ANSYS自动实现。 。s(ff,x)+kr 0s( ) 。s(ff,z)=q，在 f2上