土石坝渗流计算中的有限元应用研究
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
运用有限单元法分析土石坝渗流控制
土 石 坝 的渗 漏 是 不 可 避 免 的 ，对 于 不 会 引起 土 体 发 生 渗
初始边界：ｈ ｏ ｈ ，） ｉ ＝ （ ｘ
渗流量及渗流水深计算 土 石 坝 渗 流 量 及 渗 流 水 深 采 用下 列 公 式 计 算 ： ① 不 透 水 地 基 均 质 土 坝
ｈ＝ ２ √ 月 一 Ｈ＋三十 上
／ ，一 ｈ －２ ／
在土石坝后任意挖土取土 ，这些都易造成坝基 的渗漏破坏 。
二 、土 石 坝 渗 流 稳 定 分 析 １ ．渗 流计 算理 论
＿ ｌｌ ． ｌｌ 。 ｌ ｌｌ
｜
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一 Ｉ －ｌ 。ｌ 一 ｌ
图 １ 渗 流 计 算 断 面 网 格 图
２ 临界 水 力 比 降 ．
的渗透 系数时 ，会增 加坝厚位 势，不能显著 降低逸 出梯度 。
（ ）已填 筑 的 坝 身 防 渗 ，可 用劈 裂灌 浆 、多 头 小 直 径 深 ７
临界 水 力 比降 的确 定 ，根 据 水 工 设 计手 册 确 定 临界 水 力 比 降 的 理论 ， 合 本 工程 ， 以采 用流 土计 算 方 法确 定 。 结 所 下 面 采 用 两种 公 式进 行 计 算 。
（ ）太 沙基 公 式 １
１ ，
＝
层搅拌桩 、板桩 灌注墙 或高喷形成 防渗体 。
上坡逸 出。
本 次 渗 流 计 算 程序 选 用 北 京 理 正 软 件 设 计 研 究 院 编 制 的
土石坝渗流计算中的有限元应用研究
土石坝渗流计算中的有限元应用研究华静;杨华舒【摘要】分析探讨了有限元法应用于土石坝渗流计算存在的渗流自由面迭代、单元格剖分不当、自由面边界条件转化以及不同材料交界面边界条件渗透系数选取等问题，提出了相应的解决方法。
采用该解决方法，对某堤防工程应用常规有限元软件进行了渗流计算和稳定渗流分析，得到了满意的结果% This paper analyzed the problems exist in fnite element applied in calculations of the earth dam seepage, such as free surface solution, improper cell subdivision, transformation of the free surface boundary conditions, the permeability coeffcient values at the interface of different materials and boundary conditions, and the like, put forward the corresponding solution. The method can be applied for seepage calculation and stable levee seepage analysis through adopting common general fnite element software on an embankment project, and better results were got.【期刊名称】《中国水能及电气化》【年(卷),期】2012(000)007【总页数】4页(P15-18)【关键词】土石坝;渗流计算;有限元【作者】华静;杨华舒【作者单位】红河学院工学院,云南蒙自610000;昆明理工大学电力工程学院,云南昆明650051【正文语种】中文【中图分类】TV139.14目前求解渗流场的方法有数值计算方法、模型试验方法和水力学方法。
基于有限元软件的水库黏土心墙坝渗流及边坡稳定研究
基于有限元软件的水库黏土心墙坝渗流及边坡稳定研究
何明
【期刊名称】《水利科技与经济》
【年(卷),期】2024(30)2
【摘要】利用有限元软件,对水库黏土心墙坝的渗流及其与边坡稳定性之间的关系进行研究。
通过建立准确的有限元模型,分析不同工况下的渗流场及其对边坡稳定性的影响。
结果表明,通过合理的设计和施工措施,可以有效控制渗流,提高坝体的稳定性。
【总页数】6页(P11-15)
【作者】何明
【作者单位】新疆昌源水务准东供水有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TV223.4
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1.韩江峪黏土心墙土石坝渗流及坝坡稳定性分析
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5.某水库粘土心墙坝渗流及坝坡稳定计算分析
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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。
有限元法的变分原理及其在土石坝设计中的应用
有限元法的变分原理及其在土石坝设计中的应用有限元法是采用直接法计算变分问题的重要方法，在土木工程计算领域的分析软件如ANSYS、Workbench、Autobank等均以变分法为理论基础。
本文将就有限元法的变分原理作一简单梳理，并采用Autobank软件建模分析某土石坝的渗流场及应力变形，计算结果表明大坝应力变形符合工程实际，计算分析对大坝设计工作起到了指导作用。
标签：有限元；变分法；Autobank；土石坝设计；应力变形分析引言随着坝工技术的发展，土石坝建设高度越来越高，其应力和变形计算越来越关系到大坝安全。
因此，结构计算分析将会在土石坝的设计和科学研究中发挥越来越重要的作用。
有限元法的理论基础为变分法，变分法历史悠久，是近代发展起来的一门重要数学分支，在工程技术及科学研究中有着广泛的应用。
变分法起源于泛函的极值问题，其关键定理是欧拉-拉格朗日方程。
Autobank软件应力变形分析模块是以变分法为理论基础开发的一款有限元分析软件，提供线弹性模型、非线性模型（如邓肯E-B、E-μ模型）等，在水利工程设计中有着广泛的应用。
1、有限元法简介目前在水利工程结构分析领域常用的数值计算方法有：有限差分法FDM、有限元法FEM、边界元法BEM、离散元法DEM等，其中有限元法是应用最广泛的方法。
有限元法是以变分原理为基础发展起来的，是一种高效的数值计算方法。
工程计算和科学研究领域，常常需要求解各类常微分方程（组）、偏微分方程（组），而许多微分方程（组）的解析解很难得到，甚至无法求出。
使用有限元法将微分方程离散化后，编制计算机程序辅助求解，是一种可行且高效的方法。
2、有限元法的变分原理2.1 泛函及其极值设有泛函的极值问题：研究泛函在某函数类中的极值问题即变分问题，例如最小曲面问题、悬链线问题、边坡稳定最小安全系数的滑弧问题、重力坝的最优断面问题等。
研究泛函极值的方法即变分法。
直接法是求解泛函极值的近似方法，对于无法求解解析解的变分问题及工程计算，有着及其重要的作用。
Autobank有限元分析在杏山水库渗流稳定计算中的应用
对渗流场进行有限元离散分析，假定单元渗流场
的水头函数势为多项式，由微分方程及边界条件确定
问题的变形形式，可导出线性方程组：
), *+ , % +- ,
（2）
式中：-, .为渗透矩阵；+ , 为渗流场水头；+- ,
为节点渗流量。
求解以上方程组可以得到节点水头，据此求得单
元的水力坡降，流速等物理量。求解渗流场的关键是
' '
&
（上游边界上水头已知）
'
''%'
（逸出边界水头和位置高程相等）
&
'
'
"'
' '
!
(
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(! )"#
! !#
(# %*+
（边界上渗流量 + 已知）
其中 (!，(# 为边界表面向外法线在 !，# 方向的余
弦。
! " # $ 黄梦婷（1990-），女，安徽芜湖人，助理工程师。本科，研究方 向：水工结构设计。
确定浸润线位置、坝体渗流流速与坡降、渗流量，
Autobank采用节点流量平衡法通过迭代计算自动确
定浸润线位置、坝体渗流流速与坡降、渗流量。
杏山水库位于萧县东南低山区，流域面积 2.82km2，总库容 30.0万 m3，属新汴河水系。杏山水库 是一座以坡地径流为主要水源的小（2）型水库。水库 正常蓄水位 86.00m，设计洪水位 87.17m，校核洪水位 88.06m，死水位 82.00m（黄海高程基准）。坝体为均质 土坝，坝长 480m，坝顶宽度 4m，坝顶高程 89.00m，最 大坝高 6.8m。
例析有限元方法对水库大坝渗流问题
例析有限元方法对水库大坝渗流问题1工程基本情况建兴水库位于四川省德阳市中江县富兴镇会棚乡，是一座拦蓄式水库，其工程任务是以灌溉为主，兼有防洪、养殖等综合功能的小（1）型水利工程。
中江县距震中汶川县映秀镇不到100km，水库坝址以上集雨面积18.1km2，总库容170万m3，设计灌面4000亩，设计洪水标准为30年一遇（P＝3.3%），设计洪水位596.28m，校核洪水为500年一遇（P＝0.20%），校核洪水位597.18m。
水库正常蓄水位594.20m，死水位583.00m。
大坝为均质土坝，坝顶高程为597.80m，坝顶宽4.4m，最大坝高18.4m，坝顶长91.00m，基础底高程为579.40m。
大坝上游坡比为1∶2.25；下游坡比为1∶2.0。
工程自1960年12月建成以来，对当地的生产生活起着重大作用，同时发挥了较大的经济效益。
据现场调查，该坝施工时为抢工期，上坝土料不均，碾压不均或不密实，加之无检测手段，导致填筑质量较差。
受汶川特大地震影响，坝脚及放空洞出现5处涌水点且有明显浑水流出。
2008年7月，据钻孔揭露：坝体填料为黄褐色粘土夹块碎石，粘土呈可塑—硬塑状，碎石、角砾及砂约占15%～20%。
压水试验表明，渗透系数K变化较大，从1.38×10-5cm/s～2.23×10-4cm/s，说明坝体均匀性较差，渗透系数平均值为1.30×10-4cm/s大于10-4cm/s，不满足规范要求。
工程于2009年进行加除险加固整治，其渗渗整治措施为：坝体充填灌浆，坝基帷幕灌浆。
灌浆沿坝轴线布孔，分三序钻灌，施工时严格质量控制，灌浆防渗体渗透系数要求小于10-4cm/s，达10-5cm/s左右。
经过多年运行，渗漏整治效果良好。
2大坝渗流计算方法及渗透指标2.1计算公式对于符合达西定律的二向均质、各向同性土体的渗流，当土体已完全固结时，其水头函数符合拉普拉斯方程式：+=0与之相应的边界条件为：初始条件：边界条件：水头边界：流量边界：z：坐标位置高程q：自由面下降或上升时从自由边界流入或流出渗流场的单宽流量2.1.1计算断面。
小型土石坝运用有限元渗流计算进行边坡稳定分析
小型土石坝运用有限元渗流计算进行边坡稳定分析摘要：安阳电厂丰安桥贮灰场基本充满，厂方拟新填子坝增加库容。
另由于输送粉煤灰使用的是水力排放法，场区滞存大量积水，使坝体出现不同程度渗漏，威胁坝体安全，并造成坝后土地沼泽化。
欲解决问题，先须进行渗流计算——是在已知定解条件下解渗流基本方程，以求得渗流场水头分布和渗流量等渗流要素，是工程设计的重要内容。
电子计算机海量计算能力和数值计算方法的发展，特别是有限单元法提出后，推进了渗流数学模型的发展，为渗流计算提供了有效的方法。
本次渗流计算的目的就是通过二维有限单元法进行渗流计算，分析渗流场的分布情况，通过对不同工况的计算，提出截渗方案。
圆弧滑动的有限元法，以三角形单元的渗透力取代垂直条块周边的水压力，正确考虑了渗流方向及其力矩的影响，提高了计算精度。
连续计算渗流与滑坡的统一程序使计算过程简便迅速。
关键词：渗流计算有限单元法浸润线圆弧滑动法1 有限单元法运用于渗流计算的目的和方法土石坝水库失事事故中约1/4由渗流问题引起。
安阳电厂贮灰场是在老河道一端筑坝而成，由于输送粉煤灰采用水力排放法，灰场滞存大量积水与原地下水形成较大的水头差，使坝体出现不同程度的渗漏。
在这样的状况下使用场区粉煤灰为材料填筑子坝，就必须进行精确的渗流计算分析，因粉煤灰的物理力学特性决定了灰坝的安全与贮灰场的渗流分布，渗流问题解决不好，将导致不可估量的损失。
渗流计算的目的就是通过有限元渗流计算分析贮灰场渗流场的分布情况，得到的浸润线位置为坝体的边坡稳定及静、动力分析提供渗透压力，通过对不同工况的计算，提出截渗方案。
2 渗流计算初始条件2.1岩土工程勘察数据物理力学性质分析数据2.2 设定计算条件2.3 设定计算工况（1）初期坝渗流计算，作为与实际情况校核之用。
（2）加高工况渗流计算。
①粉煤灰子坝基础加碎石桩对渗流场分布的影响。
桩间距2m，桩长5m，桩径0.6m。
②粉煤灰子坝基础不加碎石桩对渗流场分布的影响。
土石坝的流固耦合渗流研究综述
土石坝的流固耦合渗流研究综述流固耦合仍是目前很多领域研究的热点和难点，文章根据前人的研究，对土石坝流固耦合渗流的原理、基本方程、分析方法及研究进展进行总结，并对流固耦合渗流问题的未来发展前景作了展望。
标签：渗流；流固耦合；耦合分析；有限元；数学模型引言土石坝是由土料、石料或混合料经抛填碾压填筑而成的挡水坝，其自身有显著的内部孔隙，从渗流特性来说，属于多孔介质。
大坝在挡水过程中，上下游形成水头差，在水头差的作用下，坝体会形成稳定的或不稳定的渗流场。
由此可知，研究土石坝首先要考虑渗流对其的影响。
目前，土石坝渗流的计算研究方法日趋成熟。
从理论上来讲，求解土石坝渗流的基本方程、渗流场水头分布以及渗流量和渗流水力坡降一般要在已知初始条件和边界条件下才能求解[1]。
常用的渗流计算方法有流体力学解法、水力学解法、图解法等近似计算方法。
应用较为成熟的是水力学解法，其基本要点是达西定律和杜布依假定。
近代计算机的发展和应用，使得数值计算方法（限差分法、有限单元法、边界元法等）在渗流分析计算中得到广泛的应用和完善，同时，有了计算机为依托，土石坝渗流可通过软件编写程序在计算机上模拟出来。
土石坝渗流的分析中，人们大多是将渗流场与应力场分开进行的。
近些年来，学者们通过研究及对工程实例的分析，得出坝体中的渗流和应力之间是相互耦合的，渗流场或是应力场单方面的考虑都不能切实客观的反映实际渗流和应力的状态。
李宗坤[2]、苗丽[3]（2009，2011）等利用有限元分析软件ABAQUS对土石坝进行流固耦合分析，其结果表明了坝体中的流固耦合作用不容忽视，考虑渗流与应力耦合作用将对土石坝的稳定性有着至关重要的影响。
1 概述1.1 土石坝渗流流固耦合原理土石坝渗流场和应力场之间是相互作用及相互影响的。
一方面，渗流体积力和渗透压力随着渗流场的改变而改变，同时使作用在坝体的外荷载发生变化，从而改变了坝体应力场的分布；另一方面，体积应变随着应力场的改变而改变，同时使坝体各部位的孔隙率发生变化，渗透系数也随之变化，从而改变坝体渗流场的分布。
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方 法 对 地 层 情 况 的 适 应 性 差 ， 过 多 的 地 层 概
化又 往 往 影 响计算 精 度 ， 因此 其应 用 受 到很
多 限制 。
渗 流 场 的模 型 试 验方 法 主 要有 砂 槽模 型 方法 和 电模 拟 方法 两 种 类 型 。 电模 拟 方 法又
收稿 日期 ：２ １－ －７ ０２０ ０ ２
ａ ｄ ｅｈ ｏ ｇ， ｕｍｉ ， ５０ １Ｃ ／ａ ｎ Ｔｃ ｎｌ ｙＫ ｎ ｎ ６０ ５， ｈ ） ｏ ｇ ｎ
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有 限 单 元 法 和 有 限 差 分 法 ， 以 有 限 单 元 法 最
的坡积层 、岩 石裂 隙 、溶洞和生物洞 穴，从岸 坡下游侧逸 出。
第７ （ ９ 期 总第８ 期）
２ １年７ ０ ２ 月
中 国水 能 及 电气 化
Ｃ ｉａ ａ ｒ ｏ ｒ Ｅｅ仃ｆ ａｉｎ ｈｎ ｔ ｗｅ ＆ ｌｃ ｉｃｔ Ｗ ｅＰ ｉ ｏ
土石 坝渗流计算 中的有 限元应用研究
华 静 ，杨 华舒
（． １ 红河学院工学院，云南 蒙 自 ６ ０ ０ ；２ 昆明理工大学 电力工程学 院，云南 昆明 ６ ０ ５ ） １０ ０ ． ５ ０ １
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摘 要：分析探 讨 了有 限元法应用于土石坝渗流计 算存在 的渗 流 自由面迭代 、单元格 剖分不 当、
自由面边界条件 转化 以及 不同材料 交界 面边界条件渗 透 系数选取 等 问题 ，提 出了相应 的解 决方
法。 采用该解 决方法 ，对 某堤 防Ｘ程应 用常规 有 限元软件进行 了渗流计算和稳 定渗 流分析 ，得 －
到 了满意的结果 。
关键词 ：土石坝 ；渗流计算 ；有 限元
中图分 类号 ：Ｔ ３ ．４ Ｖ１ ９１
文 献标 识 码 ：Ａ
文 章编 号 ： １７—２ １ ０２０—０ ５０ ６ ３８４ （ １）７０ １—４ ２
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作者简介：华静 （ ８－ 女， １ ０ ， 硕士， ９ ） 讲师， 研究方向为水利水电工程病害及安全分析。 － ａ： ０７２＠１ ． ｍ Ｅｍ ｉｈ ０ ３９ ６ ｃ ｌｊ ３ｏ
研 究 与电纸 等 ）和 电 导 阻 网络 法 。根 据 目前 发 展情 况 ， 以 电阻 网络 模拟方法较 为常用 。 渗 流 场 的数 值 计算 方 法 主要 有 两 种 ， 即
目前 求 解 渗 流 场 的 方 法 有 数 值 计 算 方 法 、模 型试 验 方 法和 水 力 学方 法 。根 据 水 力 学 和渗 流 力学 理 论 ，通 过对 工 程水 文 地 质剖 面 的概 化 ，在 一 些特 定 条件 下 可 以采 用 水 力 学 方法 对 渗流 场进 行 理 论求 解 。 由于 水 力 学
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