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低渗透介质非达西渗流数值模拟方法及应用

毛宗原  
【摘要】:地下岩体中的渗流问题是影响水利枢纽工程运行的主要因素 也是 水利工程设计的重要课题之一 因此 水利工程学界目前研究的主要方 向是地下水渗流的基本规律和渗流原理 建立合适的渗流模型是渗流分 析计算是否准确有效的基础 低渗透介质的特点是在渗流过程中存在启动压力梯度 而且当压力 梯度较低时 其流速和压力梯度的关系为非线性关系 不再遵循达西渗 流规律 其渗流特征用一般的达西渗流模型或者非达西运动方程渗流模 型来模拟均存在不足 为了比较全面的反映低渗透介质中渗流的运动规 律 本文建立了能够直接反映低渗透介质中渗流特性的低速非达西渗流 模型 本文在详细分析了渗流基本规律的基础上 介绍并讨论了基于达西 理论的达西渗流模型和基于非达西特征的非达西运动方程渗流模型 对 其做了深入分析 本文研究了低速非达西渗流模型 该模型利用水均衡 原理推导非达西渗流连续性方程 并采用在达西渗流计算中比较成熟的 有限单元法和超松弛迭代法 同时本文详细研究了各种非达西运动方程 的特点 直接采用典型的非达西渗流曲线 体现了低速非达西渗流的基 本特征 本模型把变渗透系数的概念引入到非线性渗流数值方程中 采 用变渗透系数的交替迭代求解法 将现今各种运动方程反映的非达西渗 流物理问题转化为纯数学问题 然后采用超松弛迭代法对渗透系数和水 头函数值交替求解 从而实现非线性数值方程的求解问题 该方法能较 好的模拟非达西渗流特征 可以应用于实际工程分析 本文将此方法应用于绿茵湖水库防渗优化分析和运行工况渗流场 模拟分析 验证了该模型对低渗透介质渗流分析的有效性和实用性 并 且为工程采取合适的防渗设施提供建议 为工程运行工况渗流场进行了 模拟分析 本文的部分计算分析结果已经提交给设计施工方 为工程的 正式施工设计提供参考 I


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