地下工程渗流排水孔数值模拟的隐式复合单元法.pdf

第29卷第6期
VOL20 No 6
2(008年6月
Rock and Soil Mechanics
2008
文章编号:1000-7598-(2008)06-1659-06
地下工程渗流排水孔数值模拟的隐式复合单元法
倪绍虎,肖明
(武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室,武汉430072)
摘要:根据滲流基木原理,提出了排水孔在地ド工程中渗流数位模拟的隐式复合単元法。将排水孔隐含于模型网格中,得
到排水孔在模型中的数据信息。判断所有排水孔与单元的相対位置,通过修正排水孔所穿过单元的渗透传导矩阵来模拟排水
孔的强排水效果,并通过实例对排水子结构法和隐式复合単元法进行了比较。运用编制的维有限元计算程序对某地下水电
站房渗流场及排水孔进行了模拟,结果表明,采用隐式复合单元法对排水孔进行模拟是可行的。
关键词:渗流:数值模拟:排水孔:隐式复合单元法
中图分类号:O357
文献标识码:A
Study on numerical simulation of drainage hole of seepage tield in
underground engineering with implicit composite element method
NI Shao-hu. XIAO Ming
(State Key Laboratory of Water Resources and Hydropower Engineering Science, Wuhan University, Wuhan430072, China)
Abstract: A numerical simulation method of drainage hole in three-dimensional seepage field in under round engineering is
presented according to the theory of seepage flow. Drainage holes are Implicit In model and their data are gained according to
pre-process The relative positions of drainage holes are judged and their Impacts are simulated through moditying the penetrability
conduction matries of elements perforated by the drainage holes. And then drainage substructure method and implicit composite
element method are compared via an example. Fina ly, a three-dimensional finite element method calculation program compiled by
ourselves is used to simulate th
age field of an underground hydropower house. The calculation result shows that the new
method introduced is feasible to simulate drainage holes
Key words: seepage; numerical simulation: drainage hole; implicit composite element method
大,使计算复杂,也不经济,因此,很难推广运用
等效杆单元法计算简单,适用性好,但因为它是在
在地下工程、大坝和边坡等结构工程设计中,平均意义上模拟的结果,所以计算精度不够高。有
水的渗流问题是必然面临和必须解决的间题。排水的计算方法因为人为因素较大,会形成较大误差,
孔是这些工程中最主要的渗流控制措施之ー,应用计算精度不高。还有一些计算方法主要是对排水孔
非常广泛,止、有效地模拟排水孔的排水效果是的节点进行水头约東,这样会加大计算难度,增加
设计中的重要工作。国内外对排水孔的模拟方法很了人为的非计算误差,对准确模拟排水孔不利。
多,如排水了结构法、等效杆单元法、以管代孔法
本文主要针对以上问题,提出了排水孔的隐式
以缝代井法、卒气单元法和改进截止负压法等。复合单元法。运用打“杆”的处理方法直接在模
排水子结构法不増加整体自由度,只増加子结构的型中引入排水孔,此类排水孔隐含在模型网格中而
凝聚计算,可以较精确地模拟排水孔,可以运用」没有形成单元、节点,因此,没有改变模型,只需
排水孔较少的工程。但一般工程中排水扎数目众多,修止复合单元的渗透传导矩阵。此法只需增加少量
采用子结构法对单个排水扎一一模拟会使工程量加的数据准备工作和计算量,可以较好地模拟排水孔
收稿日期:2006-09-06
基金项目:国家自然科学基金重大研究计划支動项目(No.90715042);国家杰出青年科学基金(No.50725931)资助。
作者筒介:倪绍虎,男,1982年生,博士研究生,主要从事地下工程渗流数值模拟方面的研究。T-mail: shaohu7478a163com