土石坝有限元分析(ANSYS)-渗流分析命令流
有限元法在土石坝渗流稳定分析中的运用
桂五水库大坝经数次加高培厚筑 分 析 。
Ｅ Ｍ中提取 的流 域河 网水 系 高精度 Ｄ Ｅ Ｍ前提下 ， 数字地表水 系和排 坦的区域 ，如果数据精度无法提供真 使得从 Ｄ Ｅ Ｍ 自动 提取 出 实存在的细微高程差别 ，就无法生成 和实际情况有些差别 。本文所取的最 涝分 区可 以通过基 于 Ｄ 合理的数字河 网。 为此 ， 选取较高精度 小水道长度 阀值略大于经验值 ，是由 来 ，但存在河道局部偏移及河 网失 真等 需要进行 局部修正 。在 Ｄ Ｅ Ｍ数 字 的 １： ５ ０ ０ ０ Ｄ Ｅ Ｍ 作为数据 源 ， 基本可 研究 区的特点所决定的 ，由于地势平 问题 ，
薮 科技推广与应用】 ｌ
有限元法在土石＝ ｌ ［ 贝 滢流稳定分析巾响运用
王
引 言
鑫 赵 才全 梁
军
一
、
水库 大坝渗流稳定 进行 计算分析 ， 为 成 ， 因当时施工工艺条 件差 等原因 ， 坝 身 和走 访有关人员 ，得知大坝渗流性态 现 状存 在以下 问题 ： （ １ ） 大坝坝 体 内埋 设 的测压 管 已堵
元法在土石坝渗流分析 中得到 了广泛 坝 干渠 输水 箱涵 ，断面 为 ２ ． ２ ５ ｍ× 可能性和产生渗流破坏 的可能 ，选择对
． ２ ５ ｍ（ 长 ×宽 ） 。 应用 ，此种方法可以计算非稳定渗流 ２ 和较 复杂 的渗流问题。本文拟采用有 限元软 件 （ Ａ ｕ ｔ ｏ Ｂ Ａ Ｎ Ｋ） 对淮 安市桂 五 三、 大坝渗流性态现状分析
一
四、 大坝渗流稳定计算
为了对桂 五水 库现状大坝渗流安全
２ ． ５ ，戗台内有清水 进行评价 ， 根据水位情况 ， 考虑其遭遇 的 定设备 ， 且费 时较长。近年来 ， 有限 上下坡 比均为 １： １ ／ ３ 坝高水位 、 正常蓄水位 、 设计水 位 、 水 位降落期水位下的大坝渗流稳定性进 行
anays渗流
第2章水工流体力学问题的ANSYS模拟ANSYS软件具有专门针对流体的计算模块，可以模拟理想流体的流动、稳定和非稳定渗流。
本章主要介绍利用ANSYS进行简单的渗流分析和流体分析。
2.1 水工渗流场模拟需要指出的是，在ANSYS中并不存在专门的渗流分析模块，但由于渗流场与温度场的有限元计算公式相同，因此可以利用ANSYS中的热分析模块进行分析，只需相应参数对应采取即可。
鉴于问题的复杂性，这里仅用一个重力坝的例子进行分析。
2.1.1 数值模拟对象考虑混凝土大坝下水的渗流。
假定坝下土壤的渗流系数K约为每天15米，即K＝15m/天，试确定该土壤的渗流速度分布。
本问题为一个稳态渗流问题，可以利用ANSYS的稳态热传导进行分析。
2.1.2 有限元模型本问题中，考虑混凝土坝体不透水，渗流主要发生在坝基部分，因此，模型仅涉及坝基，具体建模过程如下：1．模型的定义启动ANSYS，设置好文件夹及文件名；2．设置分析类型点击Preferences，在弹出的对话框中选择Thermal，选择热分析，点击OK；随后进入前处理模块：Main Menu>PreProcessor；3．设置单元类型对于二维渗流（热）分析，采用Plane55单元。
Element Type>Add/Edit/Delete…，弹出对话框：4．定义材料参数稳态渗流分析中，主要设置材料的渗透系数（本问题中，坝基材料的渗透系数为K ＝15m/天，其对应热分析中的热传导系数）。
设置方法如下：Material Props>Material Models …，弹出对话框中：5．建立数学模型本问题中，通过创建关键点，再由关键点直接生成二维（坝基）面。
●在命令行中，分别输入关键点命令，生成关键点：K,1,0,0；K,2,5,0；K,3,9,0；K,4,16,0；K,5,16,4；K,6,16,5；K,7,9,5；K,8,9,4；K,9,5,4；K,10,5,5；K,11,0,5；K,12,0,4●连接关键点生成面Modelling>Creat>Areas>Arbitary>Throuth KPs…，弹出点选择对话框：8，9）、（3，4，5，8）、（8，5，6，7）、（12、9，10，11），生成其它四个面。
有限元分析软件ANSYS命令流中文说明
有限元分析软件ANSYS命令流中文说明有限元分析软件ANSYS命令流中文说明（1）CommandVSBV, NV1, NV2, SEPO, KEEP1, KEEP2 —Subtracts volumes from volumes，用于2个solid相减操作，最终目的是要nv1-nv2=?通过后面的参数设置，可以得到很多种情况：sepo项是2个体的边界情况，当缺省的时候，是表示2个体相减后，其边界是公用的，当为sepo的时候，表示相减后，2个体有各自的独立边界。
keep1与keep2是询问相减后，保留哪个体？当第一个为keep时，保留nv1,都缺省的时候，操作结果最终只有一个体，比如：vsbv,1,2,sepo,,keep,表示执行1-2的操作，结果是保留体2，体1被删除，还有一个1-2的结果体，现在一共是2个体（即1-2与2），且都各自有自己的边界。
如vsbv,1,2,,ke ep,,则为1-2后，剩下体1和体1-2，且2个体在边界处公用。
同理，将v换成a及l是对面和线进行减操作！mp,lab, mat, co, c1,…….c4 定义材料号及特性lab: 待定义的特性项目（ex,alpx,reft,prxy,nuxy,gxy,mu,dens）ex: 弹性模量nuxy: 小泊松比alpx: 热膨胀系数reft: 参考温度reft: 参考温度prxy: 主泊松比gxy: 剪切模量mu: 摩擦系数dens: 质量密度mat: 材料编号（缺省为当前材料号）co: 材料特性值，或材料之特性，温度曲线中的常数项c1-c4: 材料的特性-温度曲线中1次项，2次项，3次项，4次项的系数定义DP材料：首先要定义EX和泊松比：MP，EX，MAT，……MP，NUXY，MAT，……定义DP材料单元表（这里不考虑温度）：TB，DP，MAT进入单元表并编辑添加单元表：TBDATA，1，CTBDATA，2，ψTBDATA，3，……如定义：EX=1E8，NUXY=0.3，C=27，ψ=45的命令如下：MP，EX，1，1E8MP，NUXY，1，0.3TB，DP，1TBDATA，1，27TBDATA，2，45这里要注意的是，在前处理的最初，要将角度单位转化到“度”，即命令：*afun,degVSEL, Type, Item, Comp, VMIN, VMAX, VINC, KSWPType，是选择的方式，有选择（s）,补选（a），不选(u)，全选(all)、反选（inv）等,其余方式不常用Item, Comp 是选取的原则以及下面的子项如volu 就是根据实体编号选择，loc 就是根据坐标选取，它的comp就可以是实体的某方向坐标！其余还有材料类型、实常数等MIN, VMAX, VINC，这个就不必说了吧！,例：vsel,s,volu,,14vsel,a,volu,,17,23,2上面的命令选中了实体编号为14，17，19，21，23的五个实体VDELE, NV1, NV2, NINC, KSWP: 删除未分网格的体nv1:初始体号nv2:最终的体号ninc:体号之间的间隔kswp=0:只删除体kswp=1:删除体及组成关键点,线面如果nv1=all,则nv2,ninc不起作用其后面常常跟着一条显示命令VPLO,或aplo,nplo,这个湿没有参数的命令，输入后直接回车，就可以显示刚刚选择了的体、面或节点，很实用的哦！Nsel, type, item, comp, vmin, vmax, vinc, kabs 选择一组节点为下一步做准备Type: S: 选择一组新节点（缺省）R: 在当前组中再选择A: 再选一组附加于当前组U: 在当前组中不选一部分All: 恢复为选中所有None: 全不选Inve: 反向选择Stat: 显示当前选择状态Item: loc: 坐标node: 节点号Comp: 分量Vmin,vmax,vinc: ITEM范围Kabs: “0” 使用正负号“1”仅用绝对值下面是单元生死第一个载荷步中命令输入示例：!第一个载荷步TIME,... !设定时间值（静力分析选项）NLGEOM,ON !打开大位移效果NROPT,FULL !设定牛顿－拉夫森选项ESTIF,... !设定非缺省缩减因子（可选）ESEL,... !选择在本载荷步中将不激活的单元EKILL,... !不激活选择的单元ESEL,S,LIVE !选择所有活动单元NSLE,S !选择所有活动结点NSEL,INVE !选择所有非活动结点（不与活动单元相连的结点）D,ALL,ALL,0 !约束所有不活动的结点自由度（可选）NSEL,ALL !选择所有结点ESEL,ALL !选择所有单元D,... !施加合适的约束F,... !施加合适的活动结点自由度载荷SF,... !施加合适的单元载荷BF,... !施加合适的体载荷SAVESOLVE请参阅TIME,NLGEOM,NROPT,ESTIF,ESEL,EKILL,NSLE,NSEL,D,F,SF和BF命令得到更详细的解释。
浅谈基于ANSYS的土石坝渗流场模拟
介 质 的分界线应 该与 非均质 岩层 的分界 线也 要保 持
一
情况 ， 由于 Ａ Ｓ Ｓ软件 没有 提供模 拟 图的给水 度 的 ＮＹ 功能 ， 不能直接 分析 非 稳 定 渗 流 的情 况 和渗 流 问题
本身 的复杂性 ， 采用 数值 模拟方 法 ， 如何真 实准确 的 模 拟实 际渗流是 一个 需要 不断完 善 的过 程 。从 而研
参考文 献 ：
［ ］ 毛昶熙 ． 流计算分析与控制 ［ ． １ 渗 Ｍ］ 北京 ： 中国水利水
电 出 版社ห้องสมุดไป่ตู้，ｏ３ ２ｏ．
４ 工 程 实例 分 析
本 文利用 西安市 金盆水 利枢 纽工 程为例 。该 工 程 为大 型二等工 程 ， 于黏 土心墙 土石 坝 ， 址位 于 属 坝
西安 市 的周至县境 内 ， 周至 县城 约 １ ｋ 距 ３ ｍ。该 枢纽
有重要 地位 。对 土石 坝 而 言 ， 透水 流 除浸 湿 土 体 渗 降低其 强度指 标外 ， 当渗 透 力大 到 一定 程 度 时将 导 致坝坡 滑动 、 防渗 体 被击 穿 、 坝基 管 涌 、 土 等重 大 流 渗流事 故 ， 接 影 响大 坝 的运 行安 全 。对 于 混凝 土 直
受力安 全 ； 岸坝 肩渗透 压力 （ 下水 位 ） 两 地 的高 地关 系到坝 肩岸坡 岩体 的抗 滑稳定安 全 。带 有浸蚀 性 的
渗流对 建筑 物和 坝基 的可溶 性 物质 造 成 浸蚀 ， 响 影
结构安 全 问题 。此 外 ， 大 的渗 透 损 失也 将 减少 工 过
程效益 。
（ ） 散化 ： 求 解 域 划 分 为具 有 一 定 几 何形 ２离 将 状 的单元 进行单 元 编号 并 确定 插 值 函数 ， 对结 点 进 行 总体 编号和单元 上 的局部 编号并 给 出结 点局部 标
有限元分析软件ANSYS命令流中文说明4 4
有限元分析软件ANSYS命令流中文说明4 4有限元分析软件ANSYS命令流中文说明4/42010-05-23 21：151设置分析类型ANTYPE，Antype,status,ldstep,action其中antype表示分析类型STATIC：静态分析MODAL：模态分析TRANS：瞬态分析SPECTR：谱分析2 KBC，KEY制定载荷为阶跃载荷还是递增载荷EKY=0递增方式KEY=1阶跃方式3 SOLVE开始一个求解运算4 LSSOLVE读入并求解多个载荷步5 TIME，time设置求解时间有时在分析中需要进入后处理，然后在保持进入后处理之前的状态的情况下接着算下去，可以使用以下的方法：PARSAV,ALL,PAR,TXT！PARSAV命令是储存ANSYS的参数，ALL代表所有参数，PAR是文件名，TXT是扩展名/SOLU ANTYPE,REST,CruStep-1,,CONTINUE！ANTYPE是定义分析类型的命令，REST代表重启动，CruStep代表本载荷步的编号PARRES,NEW,PAR,TXT！PARRES是恢复参数的命令，NEW表示参数是以刷新状态恢复，PAR和TXT 代表了储存了参数的文件名和扩展名如果有单元生死的问题，可以这样处理：ALLSEL,ALL*GET,E_SUM_MAX,ELEM,NUM,MAX！得到单元的最大编号，即单元的总数ESEL,S,LIVE！选中"生"的单元*GET,E_SUM_AL,ELEM,COUNT*DIM,E_POT_AL,E_SUM_MAX！单元选择的指示*DIM,E_NUM_AL,E_SUM_AL！单元编号的数组J=0！读出所选单元号*DO,I,1,E_SUM_MAX*VGET,E_POT_AL(I),ELEM,I,ESEL！对所有单元做循环，被选中的单元标志为"1"*IF,E_POT_AL(I),EQ,1,THEN J=J+1 E_NUM_AL(J)=I*ENDIF*ENDDO ALLSEL,ALL在重启动之后恢复单元生死状态*if,E_SUM_AL,ne,0,then*do,i,1,Num_Alive esel,a,E_NUM_AL(i)*enddo ealive,all allsel*endif/WINDOW,WN,XMIN,XMAX,YMIN,YMAX,NCOPY注意x的坐标是-1到1.67，y坐标是-1到1 Xmin=off on，FULL,LEFT,RIGH,TOP,BOT,LTOP,LBOT,RTOP,RBOT注意一个问题，除了1号窗口外，其他的不能用鼠标操作，只用先发/view 和/dist，然后用/replot。
土石坝有限元分析(ANSYS)-渗流分析命令流
土石坝有限元分析（ANSYS）－渗流分析命令流土石坝渗流分析，采用非饱和土渗流参数，迭代计算浸润线，根据前次计算结果，不断修改单元的渗透系数和浸润逸出点位置，直到满足精度要求。
本算例的土石坝体型比较简单.采用非饱和渗流计算.即渗透系数为空隙压力的函数.首先建立一个数据文件PPPP.TXT，存储渗透系数函数关系，如下。
第一列为空隙压力值（水头M)，第二列为渗透系数指数，渗透系数等于10^A(M/D)。
! -10.00 -4.0E+00! -9.00 -3.6E+00! -8.00 -3.2E+00! -7.00 -2.8E+00! -6.00 -2.4E+00! -5.00 -2.0E+00! -4.00 -1.6E+00! -3.00 -1.2E+00! -2.00 -8.0E-01! -1.00 -4.0E-01! 0.00 0.0E+00!土坝顶宽4M，上下游坡比均为1:2，总高12M，底宽52M。
上游水深8M，下游无水。
FINISH/CLEAR/TITLE, EARTHDAM SEEPAGE/FILNAME,SEEPAGE5/PLOPTS,DATE,0*DIM,TPRE,TABLE,11,1,1,PRESS,KKPE ! 定义水压与渗透系数的关系数组*TREAD,TPRE,PPPP,TXT ! 读入数组*DIM,NCON,ARRAY,4 ! 定义数组，用于存贮单元四个节点号/PREP7SMRT,OFFANTYPE,STATIC ! THERMAL ANALYSISET,1,PLANE55MP,KXX,1,1 ! 饱和状态下的渗透系数MP,KXX,2,1E-4 ! 完全干燥下的渗透系数，假设空隙水压力小于-10M时K,1,24,12K,2,24,0K,3,0,0K,4,28,12K,5,28,0K,6,52,0L,1,3L,1,2L,4,5L,5,6L,4,6LESIZE,ALL,,,24A,1,3,2A,1,2,5,4A,4,5,6MSHK,2 ! MAPPED AREA MESH IF POSSIBLEMSHA,0,2D ! USING QUADSAMESH,ALL ! MESH AREASNUMMRG,NODE ! MERGE NODES AT BOTTOM OF CAISSON*GET,N_MAX,NODE,,NUM,MAX ! 获得最大节点号*GET,E_MAX,ELEM,,NUM,MAX ! 获得最大单元号*DIM,N_TEMP,ARRAY,N_MAX ! 定义节点温度变量-总水头*DIM,N_PRE,ARRAY,N_MAX ! 定义节点压力水头变量!定义上游面总水头值LSEL,S,LINE,,1NSLL,S,1NSEL,R,LOC,Y,0,8D,ALL,TEMP,8 !定义上游面总水头值!定义下游面总水头值LSEL,S,LINE,,6NSLL,S,1*GET,N_NUM2,NODE,,COUNT*DIM,N_NO2,ARRAY,N_NUM2II=0*DO,I,1,N_MAX*IF,NSEL(I),EQ,1,THEN ! 判断节点是否选中II=II+1N_NO2(II)=I ! 存储渗流可能逸出点节点编号*ENDIF*ENDDONSEL,R,LOC,Y,0,8 ! 第一次计算，假设浸润线逸出点在8M高位置,与上游同高*GET,N_NUM,NODE,,COUNT ! 获得渗流出口节点总数*DIM,N_NO,ARRAY,N_NUM ! 定义变量,存储渗流出口节点编号II=0*DO,I,1,N_MAX*IF,NSEL(I),EQ,1,THEN ! 判断节点是否选中N_NO(II)=I ! 存储渗流出口节点编号*ENDIF*ENDDO*DO,I,1,N_NUMD,N_NO(I),TEMP,NY(N_NO(I)) ! 定义下游面总水头值*ENDDOALLSEL,ALLFINISH/SOLUSOLVEFINISH!第一次计算完毕!------------------------------------------------------------------------- !迭代计算CONUTT=20 ! 最大循环次数DD_HEAT=0.001 ! 前后两次计算，总水头最大允许计算差CHUK_ST=3 ! 出口边界条件重新设定的起始点CHUK_MAXY2=10E5 ! 临时变量，用于存储浸润线出口坐标*DO,COM_NUM,1,CONUTTDD_H=0/POST1SET,1*DO,I,1,N_MAX*IF,COM_NUM,GT,CHUK_ST+1,THENDD1=N_TEMP(I)*IF,ABS(DD1-TEMP(I)),GT,DD_H,THENDD_H=ABS(DD1-TEMP(I))*ENDIF*ENDIFN_TEMP(I)=TEMP(I) ! 计算节点温度（总水头）N_PRE(I)=N_TEMP(I)-NY(I) ! 计算节点压力，总水头-Y坐标*ENDDO*IF,COM_NUM,GT,CHUK_ST+1,THEN*IF,DD_H,LE,DD_HEAT,THEN*EXIT*ENDIF*ENDIF/PREP7! 重新给每个单元设定材料MATNUM=2*DO,I,1,E_MAX*DO,KK,1,4*GET,NCON(KK),ELEM,I,NODE,KK ! 获取单元四个节点编号*ENDDOTEMP_Y=(N_TEMP(NCON(1))+N_TEMP(NCON(2))+N_TEMP(NCON(3))+N_TEMP(NCON (4)))/4 !计算单元中心点平均温度RESS_T=TEMP_Y-CENTRY(I)*IF,PRESS_T,GT,0,THENRESS_T=0MPCHG,1,I*ELSEIF,PRESS_T,LT,-10,THENRESS_T=-10MPCHG,2,I*ELSEMP,KXX,MATNUM+1,10**TPRE(PRESS_T)MPCHG,MATNUM+1,IMATNUM=MATNUM+1*ENDIF*ENDDO! 重新设定出口边界条件*IF,CONUTT,GT,CHUK_ST,THEN !前CHUK_ST次采用原边界条件LSEL,S,LINE,,6NSLL,S,1DDELE,ALL,TEMP ! 删除原边界条件II=0CHUK_MAXY=0*DO,JJ,1,N_NUM2*IF,N_TEMP(N_NO2(JJ)),GE,NY(N_NO2(JJ)),THEND,N_NO2(JJ),TEMP,NY(N_NO2(JJ)) ! 总水头=Y坐标*IF,NY(N_NO2(JJ)),GT,CHUK_MAXY,THENCHUK_MAXY=NY(N_NO2(JJ))*ENDIF*ENDIF*ENDDO*IF,CHUK_MAXY2,NE,CHUK_MAXY,THEN ! 判断前后两次计算的浸润线出口位置是否相同NSEL,R,LOC,Y,CHUK_MAXY ! 选择最高节点*IF,CHUK_MAXY,GT,0,THENDDELE,ALL,TEMP ! 删除出口最高节点边界条件*ENDIFCHUK_MAXY2=CHUK_MAXY*ENDIF*ENDIFALLSEL,ALLFINI/SOLUSOLVEFINISH*ENDDOSAVE!迭代计算完毕，进入后处理FINISH/POST1/CLABEL,,1/EDGE,,0/CONTOUR,,8,0,1,8PLNSOL,TEMP ! 显示总水头云图PLVECT,TF, , , ,VECT,ELEM,ON,0PLVECT,TF, , , ,VECT,NODE,ON,0LSEL,S,LINE,,6NSLL,S,1PRRSOL,HEAT ! PRINT FLOWRATE THROUGH SOIL FSUM,HEAT ! 计算渗流量*GET,Q_DAY,FSUM,0,ITEM,HEATALLSEL,ALLSAVE*DO,I,1,N_MAXN_TEMP(I)=TEMP(I) ! 计算节点总水头（温度）N_PRE(I)=N_TEMP(I)-NY(I) ! 计算节点压力，总水头-Y坐标DNSOL,I,TEMP,,N_PRE(I) ! 将压力水头值复制到节点*ENDDOPLNSOL,TEMP ! 显示压力水头云图FINI。
基于ANSYS的大坝渗流分析研究
总体而言，ANSYS在大坝渗流分析中具有重要的应用价值和潜力。未来可以 进一步探索ANSYS在解决实际工程问题中的其他应用，为水利工程领域的科学研 究和技术发展提供更全面的支持。
谢谢观看
然而，ANSYS在应用于大坝渗流分析时也存在一定的局限性。例如，对于复 杂的三维模型，网格划分和计算量可能会变得非常大，需要较高的计算资源和时 间成本。此外，ANSYS的数值计算结果也会受到许多因素的影响，如模型的简化 程度、参数设置是否合理等。因此，在使用ANSYS进行大坝渗流分析时，需要充 分考虑这些因素，并进行必要的实验验证和对比分析，以确保分析结果的准确性 和可靠性。
结论
本次演示介绍了基于ANSYS的大坝渗流分析方法及其应用。通过文献综述， 总结了ANSYS在水利工程领域的应用及研究现状，指出了现有研究的不足之处。 在此基础上，阐述了ANSYS进行大坝渗流分析的基本原理、方法和流程，并通过 实例分析展示了ANSYS在解决实际工程问题中的应用。最后，对实例分析的结果 进行了讨论和评价，总结了ANSYS在大坝渗流分析中的优势和适用性，并指出了 其局限性。
结果表明，ANSYS作为一种强大的数值计算和可视化工具，在应用于大坝渗 流分析时能够有效地模拟渗流场的分布情况和影响因素。同时，ANSYS还具有广 泛的适用性和灵活性，可以针对不同的工程实际问题进行模型的灵活调整和优化 计算。然而，对于复杂的三维模型和特定的工程问题，仍需充分考虑ANSYS的局 限性，并进行必要的实验验证和对比分析。
实例分析
以某实际大坝渗流问题为例，运用ANSYS进行渗流分析。首先，根据大坝的 结构特征和实际运行环境，建立大坝及周围区域的几何模型；然后，根据工程实 际情况，将模型划分为适当的计算网格；接着，设定合理的边界条件和材料属性， 进行数值计算；最后，根据计算结果进行后处理，得到渗流场的分布情况。
ANSYS有限元生死单元技术在砼面板堆石坝渗流计算中的研究与应用
甘 肃 农 业 大 学 学 报 J OU RNAL O F GANSU A GRICUL TU RAL UN 单元技术在砼面板堆石坝 渗流计算中的研究与应用
吴建东 ,许健
(甘肃农业大学工学院 ,甘肃 兰州 730070)
WU J ian2do ng , XU J ian
(College of Engineering , Gansu Agricult ural U niversity , Lanzho u 730070 , China)
Abstract :Based o n t he basic t heory of seepage and co nt rol equatio ns , a new finite2element seepage cal2 culatio n mat hematical model of co ncrete face rockfill dam was p ropo sed. By utilizing t he similarit y of tem2 perat ure and seepage field and large2scale finite2element co mp utatio n soft ware AN S YS , ekill and ealive technology co uld be used to kill t he unit above t he infilt ratio n line and activate t he unit below t he infilt ra2 tio n line while impo sing correspo nding bo rder co nditio n , and finally o btained t he infilt ratio n line and t he seepage speed of t he dam t hro ugh simulatio n. The result s suggested t hat t he model accuracy meet t he p ro2 ject requirement s , at t he same time t he model was simple and t he result s were int uitive.
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土石坝有限元分析（ANSYS）－渗流分析命令流
土石坝渗流分析，采用非饱和土渗流参数，迭代计算浸润线，根据前次计算结果，不断修改单元的渗透系数和浸润逸出点位置，直到满足精度要求。
本算例的土石坝体型比较简单.采用非饱和渗流计算.即渗透系数为空隙压力的函数.首先建立一个数据文件PPPP.TXT，存储渗透系数函数关系，如下。
第一列为空隙压力值（水头M)，第二列为渗透系数指数，渗透系数等于10^A(M/D)。
! -10.00 -4.0E+00
! -9.00 -3.6E+00
! -8.00 -3.2E+00
! -7.00 -2.8E+00
! -6.00 -2.4E+00
! -5.00 -2.0E+00
! -4.00 -1.6E+00
! -3.00 -1.2E+00
! -2.00 -8.0E-01
! -1.00 -4.0E-01
! 0.00 0.0E+00
!土坝顶宽4M，上下游坡比均为1:2，总高12M，底宽52M。
上游水深8M，下游无水。
FINISH
/CLEAR
/TITLE, EARTHDAM SEEPAGE
/FILNAME,SEEPAGE5
/PLOPTS,DATE,0
*DIM,TPRE,TABLE,11,1,1,PRESS,KKPE ! 定义水压与渗透系数的关系数组
*TREAD,TPRE,PPPP,TXT ! 读入数组
*DIM,NCON,ARRAY,4 ! 定义数组，用于存贮单元四个节点号
/PREP7
SMRT,OFF
ANTYPE,STATIC ! THERMAL ANALYSIS
ET,1,PLANE55
MP,KXX,1,1 ! 饱和状态下的渗透系数
MP,KXX,2,1E-4 ! 完全干燥下的渗透系数，假设空隙水压力小于-10M时
K,1,24,12
K,2,24,0
K,3,0,0
K,4,28,12
K,5,28,0
K,6,52,0
L,1,3
L,1,2
L,4,5
L,5,6
L,4,6
LESIZE,ALL,,,24
A,1,3,2
A,1,2,5,4
A,4,5,6
MSHK,2 ! MAPPED AREA MESH IF POSSIBLE
MSHA,0,2D ! USING QUADS
AMESH,ALL ! MESH AREAS
NUMMRG,NODE ! MERGE NODES AT BOTTOM OF CAISSON
*GET,N_MAX,NODE,,NUM,MAX ! 获得最大节点号
*GET,E_MAX,ELEM,,NUM,MAX ! 获得最大单元号
*DIM,N_TEMP,ARRAY,N_MAX ! 定义节点温度变量-总水头
*DIM,N_PRE,ARRAY,N_MAX ! 定义节点压力水头变量
!定义上游面总水头值
LSEL,S,LINE,,1
NSLL,S,1
NSEL,R,LOC,Y,0,8
D,ALL,TEMP,8 !定义上游面总水头值
!定义下游面总水头值
LSEL,S,LINE,,6
NSLL,S,1
*GET,N_NUM2,NODE,,COUNT
*DIM,N_NO2,ARRAY,N_NUM2
II=0
*DO,I,1,N_MAX
*IF,NSEL(I),EQ,1,THEN ! 判断节点是否选中
II=II+1
N_NO2(II)=I ! 存储渗流可能逸出点节点编号
*ENDIF
*ENDDO
NSEL,R,LOC,Y,0,8 ! 第一次计算，假设浸润线逸出点在8M高位置,与上游同高*GET,N_NUM,NODE,,COUNT ! 获得渗流出口节点总数
*DIM,N_NO,ARRAY,N_NUM ! 定义变量,存储渗流出口节点编号
II=0
*DO,I,1,N_MAX
*IF,NSEL(I),EQ,1,THEN ! 判断节点是否选中
N_NO(II)=I ! 存储渗流出口节点编号
*ENDIF
*ENDDO
*DO,I,1,N_NUM
D,N_NO(I),TEMP,NY(N_NO(I)) ! 定义下游面总水头值
*ENDDO
ALLSEL,ALL
FINISH
/SOLU
SOLVE
FINISH
!第一次计算完毕
!------------------------------------------------------------------------- !迭代计算
CONUTT=20 ! 最大循环次数
DD_HEAT=0.001 ! 前后两次计算，总水头最大允许计算差CHUK_ST=3 ! 出口边界条件重新设定的起始点
CHUK_MAXY2=10E5 ! 临时变量，用于存储浸润线出口坐标*DO,COM_NUM,1,CONUTT
DD_H=0
/POST1
SET,1
*DO,I,1,N_MAX
*IF,COM_NUM,GT,CHUK_ST+1,THEN
DD1=N_TEMP(I)
*IF,ABS(DD1-TEMP(I)),GT,DD_H,THEN
DD_H=ABS(DD1-TEMP(I))
*ENDIF
*ENDIF
N_TEMP(I)=TEMP(I) ! 计算节点温度（总水头）
N_PRE(I)=N_TEMP(I)-NY(I) ! 计算节点压力，总水头-Y坐标*ENDDO
*IF,COM_NUM,GT,CHUK_ST+1,THEN
*IF,DD_H,LE,DD_HEAT,THEN
*EXIT
*ENDIF
*ENDIF
/PREP7
! 重新给每个单元设定材料
MATNUM=2
*DO,I,1,E_MAX
*DO,KK,1,4
*GET,NCON(KK),ELEM,I,NODE,KK ! 获取单元四个节点编号
*ENDDO
TEMP_Y=(N_TEMP(NCON(1))+N_TEMP(NCON(2))+N_TEMP(NCON(3))+N_TEMP(NCON (4)))/4 !计算单元中心点平均温度
RESS_T=TEMP_Y-CENTRY(I)
*IF,PRESS_T,GT,0,THEN
RESS_T=0
MPCHG,1,I
*ELSEIF,PRESS_T,LT,-10,THEN
RESS_T=-10
MPCHG,2,I
*ELSE
MP,KXX,MATNUM+1,10**TPRE(PRESS_T)
MPCHG,MATNUM+1,I
MATNUM=MATNUM+1
*ENDIF
*ENDDO
! 重新设定出口边界条件
*IF,CONUTT,GT,CHUK_ST,THEN !前CHUK_ST次采用原边界条件
LSEL,S,LINE,,6
NSLL,S,1
DDELE,ALL,TEMP ! 删除原边界条件
II=0
CHUK_MAXY=0
*DO,JJ,1,N_NUM2
*IF,N_TEMP(N_NO2(JJ)),GE,NY(N_NO2(JJ)),THEN
D,N_NO2(JJ),TEMP,NY(N_NO2(JJ)) ! 总水头=Y坐标
*IF,NY(N_NO2(JJ)),GT,CHUK_MAXY,THEN
CHUK_MAXY=NY(N_NO2(JJ))
*ENDIF
*ENDIF
*ENDDO
*IF,CHUK_MAXY2,NE,CHUK_MAXY,THEN ! 判断前后两次计算的浸润线出口位置是否相同NSEL,R,LOC,Y,CHUK_MAXY ! 选择最高节点
*IF,CHUK_MAXY,GT,0,THEN
DDELE,ALL,TEMP ! 删除出口最高节点边界条件
*ENDIF
CHUK_MAXY2=CHUK_MAXY
*ENDIF
*ENDIF
ALLSEL,ALL
FINI
/SOLU
SOLVE
FINISH
*ENDDO
SAVE
!迭代计算完毕，进入后处理
FINISH
/POST1
/CLABEL,,1
/EDGE,,0
/CONTOUR,,8,0,1,8
PLNSOL,TEMP ! 显示总水头云图
PLVECT,TF, , , ,VECT,ELEM,ON,0
PLVECT,TF, , , ,VECT,NODE,ON,0
LSEL,S,LINE,,6
NSLL,S,1
PRRSOL,HEAT ! PRINT FLOWRATE THROUGH SOIL FSUM,HEAT ! 计算渗流量
*GET,Q_DAY,FSUM,0,ITEM,HEAT
ALLSEL,ALL
SAVE
*DO,I,1,N_MAX
N_TEMP(I)=TEMP(I) ! 计算节点总水头（温度）
N_PRE(I)=N_TEMP(I)-NY(I) ! 计算节点压力，总水头-Y坐标DNSOL,I,TEMP,,N_PRE(I) ! 将压力水头值复制到节点
*ENDDO
PLNSOL,TEMP ! 显示压力水头云图
FINI。