基于ANSYS的砼面板堆石坝渗流分析研究

论文摘要

近年来,大量已建水工构筑物在运行过程中由于渗流而引起的破坏问题日益凸显,主要体现在因渗流引起的滑坡、渗透破坏尤为严重。因此,正确的对水工构筑物的渗流分析必不可少。在总结前人研究的基础上,对利用有限单元法计算洮河海甸峡面板堆石坝的稳定和非稳定渗流进行了分析研究。首先介绍了渗流的基本理论和控制方程,对比渗流方程和热方程的相似性,在此基础上得出可以利用大型有限元计算软件ANSYS热模块计算分析坝体渗流问题的结论。本文介绍了在稳定和非稳定渗流状态下渗流问题的有限单元法及求解过程,并对如何利用ANSYS热模块来来计算稳定和非稳定状态渗流问题的一般步骤进行了说明。在对大坝渗流分析的首要边界条件浸润线的确定,本文利用ANSYS软件中特有的生死单元技术来解决。首先利用有限单元法对矩形均质土坝算例进行网格划分并分析计算,通过消去法和迭代法求得的结果与试验方法—甘油模型所得结果进行分析比较,验证了该研究方法的可行性和正确性。随后利用ANSYS对话框模式和参数化设计语言(APDL)分别对洮河海甸峡面板堆石坝进行了稳定状态下的渗流分析。鉴于APDL方式有诸多优点,本文采用以APDL为主编制非稳定渗流程序并辅以ANSYS对话框模式的方法,对洮河海甸峡面板堆石坝在上游水位下降过程中大坝水头变化情况进行了定性分析。通过有限元软件ANSYS热模块,结合工程实例尝试对砼面板堆石坝的稳定渗流和非稳定渗流的仿真模拟计算,该方法计算精度满足一定的工程要求,且方法实用简便,计算成果直观,为大坝渗流问题的分析研究中提供了一种具有参考价值的方法。

论文目录

• 摘要
• Summary
• 1 绪论
• 1.1 本文研究的意义
• 1.2 国内外渗流计算研究的发展现状
• 1.3 有限元法在渗流分析中的研究现状
• 1.3.1 变网格法
• 1.3.2 固定网格法
• 1.3.3 有限单元法在渗流计算中存在的问题
• 1.4 目前国内外渗流计算方法的发展现状
• 1.4.1 理论分析法
• 1.4.2 试验分析方法
• 1.6 主要研究内容与研究方法
• 2 渗流分析的基本理论和计算原理
• 2.1 渗流的基本理论
• 2.1.1 渗流的基本概念
• 2.1.2 多孔介质的渗透系数
• 2.2 渗流基本微分方程（控制方程）
• 2.2.1 达西定律
• 2.2.2 渗流连续性方程
• 2.2.3 二维渗流的基本微分方程
• 3 有限单元法在渗流中的应用
• 3.1 有限单元法概述
• 3.2 有限单元法计算原理及步骤
• 3.2.1 定解区域的离散化
• 3.2.2 单元分析
• 3.2.3 建立单元的特性方程
• 3.2.4 建立定解区的总体方程
• 3.2.5 总体方程的数值求解
• 4 ANSYS 软件在大坝渗流分析应用
• 4.1 ANSYS 分析软件简介
• 4.1.1 ANSYS 软件分析类型
• 4.1.2 ANSYS 软件的操作方式
• 4.2 ANSYS 模块化结构
• 4.2.1 预处理模块（PREP7）
• 4.2.2 求解模块（SOLUTION）
• 4.2.3 后处理模块（POST1 和POST26）
• 4.3 ANSYS 热-结构耦合分析简介
• 4.4 ANSYS 热分析中温度场与渗流场的相似性
• 5 ANSYS 生死单元技术
• 5.1 生死单元实现原理
• 5.2 生死单元特性使用
• 5.3 ANSYS 结果控制生死单元的使用
• 5.4 生死单元技术确定浸润线
• 6 基于ANSYS 软件的坝体稳定渗流分析过程
• 6.1 建模
• 6.2 施加载荷
• 6.3 后处理
• 6.4 有限单元法求解矩形土坝渗流场简单算例
• 6.5 利用ANSYS 软件对渗流场的仿真模拟计算
• 7 稳定渗流分析计算求解实例
• 7.1 菜单GUI 方式
• 7.2 命令流APDL 方式
• 7.3 计算结果分析
• 8 基于ANSYS 的坝体的非稳定渗流计算过程
• 8.1 非稳定渗流分析的步骤
• 8.1.1 建模
• 8.1.2 加载求解
• 8.1.3 后处理（POST1、 POST26）
• 8.2 上游水位变化过程的表型数组定义过程
• 9 非稳定渗流分析计算求解实例
• 9.1 图形菜单GUI 方式与APDL 方式交互求解非稳定渗流过程
• 9.2 非稳定渗流分析
• 9.3 计算结果分析
• 结论
• 展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者简介
• 导师简介