洮河海甸峡堆石面板坝在稳定状态和非稳定状态下渗流分析的研究大学本科工作方案设计书.docVIP

PAGE 1绪论 1.1本文研究得意义 大坝作为一种挡水构筑物一般都会涉及到渗流稳定性问题,并且它们的破坏主要都是从渗流开始。如若不及时引起重视进行处理,必将危及大坝的整体稳定性。坝体发生渗流破坏的原因,通常都是由于水力梯度引起的。因此，要研究确定水工构筑物的水力梯度的分布,同时必须通过其进行渗流分析,确定浸润自由面，再对坝体进行渗流稳定分析，以此对大坝的安全运行进行作出合理评估。 水利枢纽工程在蓄水期，由于库区内水位的上升，在水压力的作用下会在大坝的坝体内部和大坝基底产生渗流的现象，这对水工建筑物的正常运行会产生比较不利的影响，可是又是不可避免的。根据统计，我国已建成上万座各种类型水库，经过长年累月的运行，很多坝体在不同程度上都存在严重的病害或者隐患，这种病险危害的存在会从根本上影响水工建筑物的渗流稳定性及其变形稳定。近年来，在水利枢纽工程的正常运行过程中发生了很多具有灾难性的的破坏，经过广泛分析研究后，分析得出在可能对坝体造成破坏的所有模式中，渗流都在其中扮演着重要的作用。因此，对大坝渗流的研究是大坝安全检测的一项重要内容，深入的分析和研究坝体渗流状况，这对于我们水工建筑物的安全运行以及应对具有破坏性事故的威胁和保护人民生命财产具有重大而深远的意义。 目前较为理想的一种计算渗流场的方法是有限单元法。在渗流场的基础上对其进行整体稳定性分析,才能得到较为可靠的结果。因此,用有限单元法计算其渗流场，对挡水构筑物安全、维护、治理等都有巨大的社会效益和经济效益。 有限单元法的基本思路和原理早就有人提出，它是一套求解微分方程的数值计算法，与传统的解题法相比，有物理意义直观明确，解题效能高方法本身的适应性强，解题步骤易规范化，电子计算机配合使用后，有限单元法得到了迅速的应用和发展。 1.2国内外渗流计算研究的发展现状 法国工程师达西(H.Dracy)，在1986年通过实验研究提出了线性渗透定律，为渗流理论的发展莫定了基础。达西的实验是通过液体在均质沙土中作匀速流动的情况下进行的。这个研究结果已被后来的学者逐渐推广至整个渗流计算领域中去，达西定律成为渗流分析计算中最基本、最重要的公式,它解决了土体的基本渗透计算理论。达西定律研究得出的公式是对均匀渗流平面上计算平均流速以及渗流区域内任意一点的渗流流速。1857年，法国学者杜比推导出杜比公式来研究非均匀渐变渗流分析的规律。1889年，H.E茹可夫斯基研究发现土体中渗流规律分析计算过程符合拉普拉斯方程，首次推导出了渗流的微分方程。但是，相对于许多数学模型和解读解的研究只能适用于均匀的渗透介质和边界比较简单的条件基础上，因此在实际工程的运用中就要受到一定限制。1914年，P. Forehheiness提出利用绘制流网的方法进行图解渗流试算。流网针对分析整个渗流场这个二维平面问题给出了比较可靠全面的图案。绘制出了流网，整个渗流场问题就会得到解决。直到1922年，为解决边界条件和渗流条件比较复杂的渗流问题，H.H·巴甫洛夫斯基研究出了一个有效的求解渗流场的工具—电拟法。所谓电拟法，就是采用电导液模型进行渗流模拟实验，但仍有一些弊端就是无法对非均质各向异性渗透介质的渗流进行模拟实验，当遇到一些比较复杂的地质和复杂的边界条件时就是去了适用性。后来为了对渗流有进一步的研究和提高，针对电拟法改进而形成了电网络法。 近年来，在计算机电子技术日新月异发展的基础上，很多渗流计算方法也随之出现。其中典型的数值模拟方法有边界元法、有限差分法、有限单元法三种，而且以围绕这三种方法为主的研究大坝坝体渗流分析计算在国内得到了迅速发展。 边界元法是在贝蒂互换定理经典力学理论及弗雷德霍姆积分方程基础上建立起来的，该方法提出于20世纪九十年代末、21世纪初。边界元法的基础理论形成的相对较晚大约在六十年代末。边界元法在最初被称为边界积分仪法。边界元法这个名词直到1978年才得到渗流研究领域的认可 有限差分法是1910年理查德森提出来的，该方法由于在渗流分析研究中的长期应用已具有一定的研究基础。目前，有限差分法的理论和和研究经验已在渗流研究领域有了广泛的推广。1960年，克劳夫为了区别有限差分法，而最早提出并采用“有限单元法”这个名词。而在1965年，由于研究后发现有限单元法具有可以适用很多以变分进行的的渗流场计算的研究分析问题使该种方法在渗流领域的发展有向前迈进了一步，而且其成果也十分的显著有效。 随着水能源的大力开发，为了使水利工程更好的服务于人类，在相关坝体渗流的研究和应用在国内外对都引起了高度重视，特别是在土石坝的渗流研究领域，各国学者和专家一直在致力于对坝体渗流机理的探索。 达西定律作为渗流理论最基本的理论基础以及渗透系数的提出就为在水头作用下会产生渗流水量的函数关系提供了强大的应用基础。在对水工模型进行数值模拟的基础