浅谈土石坝随机渗流场有限元分析

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1、武汉理工大学硕士学位论文土石坝随机渗流场有限元分析姓名：秦前波申请学位级别：硕士专业：岩土工程指导教师：管昌生20050401武汉理工大学硕士学位论文摘要土石坝的渗流问题研究具有重要的理论意义与工程应用价值。本文基于随机渗流理论及数值模拟方法对该问题进行了深入探讨，并将研究成果应用于工程实例。土石坝随机渗流场的研究，是进行土石坝渗流稳定与随机可靠度研究的基础。本文对土石坝的渗流场通过随机模拟研究，主要完成了以下研究工作：介绍国内外土石坝体渗流的研究现状，比较分析了渗流场随机模拟方法，如：Monte～Carlo随机有限元法、Tayl

2、or展开法随机有限元、摄动随机有限元法以及谱分析方法随机有限元等。基于Darcy渗流定律及质量守恒原理对渗流场进行了理论分析，研究了稳定渗流连续性方程，建立了稳定渗流的。般基本微分方程，对于均质各向同性坝体，上述方程变为著名的拉普拉斯方程。研究了坝体渗流中的给定水头边界、给定流量边界、自由面边界和溢出面边界和初始条件。应用有限元对土石坝的二维稳定渗流进行了分析，选取变分原理和插值函数进行，建立了有限元方程组。在数值模拟中重点对移动和固定网格法等进行了研究，并应用固定网格法对无压渗流场自由面进行了搜索计算。根据概率统计理论对土石坝随

3、机渗流场进行了研究，对渗透系数、水头、渗流量及渗流速度等参数进行随机分析，实现了用Monte—Carlo随机有限元法进行随机参数模拟，并研究了随机参数的空间变异性，推导了渗流随机场随机有限元方程。最后，利用MATLAB工具，实现编程迭代求解了浸润线方程、渗透系数的随机模拟以及渗流场随机有限元模拟。并将此方法应用到黄壁庄水库坝体渗流的工程实践中，对比和分析了理论计算结果和现场观测资料，发现两者基本吻合，从而说明了本方法的正确性，且推导了渗流相关量的计算公式。所采用的方法能够满足工程要求，具有～定的工程实用价值。关键词：随机有限元、渗

4、透系数、水头、稳定渗流、土石坝垫堡堡王茎堂婴主堂垡堡墨AbstractTheresearchofinfluentproblemofe,arth-stonedamhasimportantthcoreticaImeaningmadprojectapplicationⅧue．Thisatticlebased013randominfluenttheorysadnumeralmethodforthisproblemwillgodeeplytodiscuss．madwillapplythestI

5、dyaCComplishmenttothepr

6、ojectexample．Theresearchofrandominfiuantfieldsoftheearth-stonedamwiIlhaveagoodhelptothefortherrandomreliabilityofhydmulicstructure、ea／culaterandomnessriskthrou曲randomanalogalgorithmquantitativeanalysisandputforwardreliabilityanalysisschemetocarryOUtoptimizafionanalysi

7、s．Thisarticlehascompletedfollowingresearchworkmainly：ThisarticlewilIfirstlyintroducetheresearchstateoftheinlluentfieldsoftheearth-stonedamsinbroadandabmad，havediscussodrelevantresearchtechniquewiththeinfluentofdambody．As：theMonto-Carlorandomfiniteelcmentmethod、theTayl

8、orrandomfinitcelementmethod、perturbationrandomnniteelementmethod∞wcllastsblcanalysisrandomfiniteelementmethod．Thisarticlewi¨carryouttheoreticalanalysisoftheinflucotfieIds．basedonD鲥eylawandquslityConservationprinciple,havestudiedtothecontinuityequationofthcinfluentfiel

9、ds,andstabilizeinfluentcontinuityequationjsthespecialeaseWewilIhaveDarcyIawapplicationtocontinuity醐na悄ontostabilizethenormal