非稳定初始面对自由渗流影响规律的研究

论文摘要

河渠渗流、土坝渗流、边坡渗流等皆属于有自由面的无压渗流问题。这类问题的自由面位置是待求的，事先未知，如何简捷、有效地确定自由面的位置历来都是无压渗流场分析的关键。自由面渗流分析方法很多，归纳起来主要有解析法、数值法和模拟法等三大类；在自由面渗流规律研究过程中，往往依赖解析法。关于自由面渗流规律的研究，现有文献给出的模型，其初始自由面都是稳态的；以河渠一半无限含水层中的潜水渗流模型为例，初始自由面不仅是稳态的、而且往往是水平的，这既不符合大多数实际情况，也不具有普遍性。本文以河渠控制下的半无限潜水含水层中的潜水渗流模型为例，构造初始面非稳定条件下的一维潜水非稳定渗流模型；利用Boussinesq第一线性化方法，通过Laplace变换，再结合迭加原理，导出模型的解析解；并以其为基础，讨论模型中参数的计算方法、研究非稳定初始面对自由渗流的影响规律。研究表明，文中建立的潜水非稳定渗流模型合理，所给出解析解考虑了非稳定初始面因素，计算的自由面位置比原潜水渗流模型的解更接近观测值；规律研究显示非稳定初始面对自由渗流的影响与导压系数（α）、时间因子（T）和时间（t）成反比，与河渠原水位和最初初始面水位之差（△H1）及距河渠距离（X）成正比。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 致谢
• 第一章 绪论
• 1.1 渗流力学
• 1.2 渗流力学国内外研究状况
• 1.3 渗流力学的研究方法
• 1.4 有自由面非稳定渗流问题分析的研究现状及存在问题
• 1.5 本文的研究构想
• 第二章 渗流的基本理论
• 2.1 渗流的基本概念
• 2.1.1 水头函数
• 2.1.2 渗透速度
• 2.1.3 渗透流量
• 2.1.4 水力比降
• 2.1.5 流网
• 2.2 渗流的基本定律
• 2.2.1 达西定律
• 2.2.2 达西定律的适用范围
• 2.2.3 广义达西定律
• 2.3 渗流连续性方程
• 2.4 渗流基本微分方程
• 2.5 渗流基本微分方程的定解条件
• 2.5.1 边界条件
• 2.5.2 初始条件
• 2.6 渗流的能量泛函表达式
• 2.7 研究潜水运动的基本微分方程
• 2.7.1 Dupuit假设
• 2.7.2 Boussinesq方程
• 第三章 有自由面渗流分析的方法及其评价
• 3.1 解析法
• 3.1.1 直接解法
• 3.1.2 复变函数法
• 3.1.3 组合法
• 3.1.4 水力学法
• 3.1.5 图解法
• 3.2 数值法
• 3.2.1 有限差分法
• 3.2.2 有限单元法
• 3.3 模拟法
• 3.3.1 砂槽模拟法
• 3.3.2 窄缝槽模拟法
• 3.4 综合评价
• 第四章 非稳定初始面对自由渗流的影响规律
• 4.1 初始面水平的自由面计算公式
• 4.1.1 假设条件
• 4.1.2 数学模型
• 4.1.3 模型的求解
• 4.2 非稳定初始面的自由面计算公式
• 4.2.1 假设条件
• 4.2.2 数学模型
• 4.2.3 模型的求解
• 4.2.4 解的推广
• 4.2.5 参数数值求解方法
• 4.3 规律分析
• 4.4 算例
• 4.4.1 查表法
• 4.4.2 配线法
• 第五章 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文