基于ansys模拟非稳定饱和一非饱和渗流场

《基于ansys模拟非稳定饱和一非饱和渗流场》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、第3O卷第4期人民黄河Vo1．30．No．42008年4月YELL0WRIVERApr．，2008【水利水电工程】基于ANSYS模拟非稳定饱和一非饱和渗流场岳庆河，刘福胜，刘佩玺(1．山东农业大学水利土木工程学院，山东泰安271018；2．济宁市水利局，山东济宁272019)摘要：堤坝非稳定渗流数值模拟中，浸润面、逸出点事先未知，需要迭代计算，渗透参数需根据计算结果不断调整，都增加了数值模拟的难度。选用Neuman饱和一非饱和渗流数学模型进行非稳定渗流场数值模拟，分析了数值模拟中逸出面一般求解方法存在的问题并加以改进，使用ANSYS开发出渗流数值模拟程序，经实例验证表明该法是实用有效的。

2、关键词：饱和一非饱和；渗流；逸出面；ANSYS中图分类号：TV139．14文献标识码：A文章编号：1000—1379(2008)04—0076--02渗流计算是堤坝设计及除险加固中的一项重要内容。以)、cos(，Y)、cos(，z)为边界面外法线方向余弦；t为时间往的渗流计算，一般忽略非饱和区渗流的影响，但是土的基质变量。势和重力势的作用，使土体中孔隙水产生非饱和流动，只考其中式(1)为连续性方程，式(2)一式(4)为边界条件，r虑饱和区渗流的方法不能有效地解决水位变化和降雨等引起为已知水头边界，f2为已知流量边界，为逸出段边界(渗流场的非稳定渗流问题。边界见图1)，式(5)为初始状态，

3、即为渗流场的初始水头。已有不少学者应用ANSYS进行了渗流场数值模拟研究。许玉景等心首次使用ANSYS热分析模块结合单元生死技术进行了稳定渗流模拟，蒙富强对此进行了进一步充实，罗启北等H使用ANSYS进行了导流洞有压渗流的动态模拟。为解决存在浸润面的非稳定渗流场模拟问题，笔者对ANSYS进行二次开发，编制了非稳定饱和一非饱和渗流程序，并通过实例验图1渗流场边界条件示意证了程序的正确性。热传导基本微分方程为1饱和一非饱和渗流数学模型及有限元解法也窘+kro_a2_r+也=(6)比较渗流微分方程与热传导微分方程，可见二者控制方程Neuman将非饱和区渗透系数看做孔隙水负压的函数，使的形式完全

4、相同，这就为应用ANSYS热分析模块进行渗流场饱和区与非饱和区渗流控制方程得到统一]。不考虑土骨架分析奠定了基础心“]。对二维渗流微分方程应用变分法，并对变形及水压缩性时，非稳定饱和一非饱和渗流数学模型如下：时间取隐式差分，可得相应的有限元格式。去[)]+[(OH]+啬[()O。Hj=对于存在时间变量的瞬态热分析问题的求解J，ANSYS在空间域上按有限元方法求逐步积分，在时间域上用差分方法EC(h)+as。](1)逐步积分，这些积分只要设定时间步长及相应的边界条件与初H(，y,z，t)=Ht(，y,z，t)，在fl上(2)始条件后，即可由ANSYS自动实现。。s(f,x)+kr0s()。

5、s(f,z)=q，在f2上2非稳定饱和一非饱和渗流场数值模拟(3)H(，y,z，￡)=z(，y,z，￡)，t>0，在上(4)2．1时间步长的自动选择H(，y,z，to)=no(，y,z，to)(5)非稳定渗流场数值模拟中，选取合适的时间步长，既能保式中：H=h+z，H为总水头；为压力水头，在饱和区为正值，非饱和区为负值；、k、k分别为沿坐标、Y、z的孔隙水主渗透收稿日期：2007—10--09作者简介：岳庆河(198l一)，男，山东济南人，硕士研究生，主系数，是压力水头h的函数；c=为容水度，为介质含水率；要研究方向为水工结构。s为储水率，其值较小，一般忽略不计；a在饱和区取1，非饱和通

6、讯作者：刘福胜(1964一)，教授。区取0；为已知水头；q为边界流量；rt为土体空隙比；cos(，E-mail：liufsh@sdau．edu．cn第4期岳庆河等：基于ANSYS模拟非稳定饱和一非饱和渗流场·77·证迭代收敛，又可避免步长太小而引起累积误差过大，且节省余时步时，将上一时步确定的逸出面节点作为已知点，计算出机时。当水位变化剧烈时，应选用较小的时间步长以提高计算渗流场分布。②不改变边界条件，对渗透参数进行循环迭代，精度；水位变化缓慢时，则可用较大的时间步长节省机时，相邻直到达到足够精度后，再判断逸出点流通量，若流通量大于等时步的步长变更不应太大J。选取参数记录相邻时步的最于零

7、，则该点为逸出点；反之，在可能逸出面节点中删除此节大单元水头差，设定水头差值的允许范围为[hh]。△点。重复这2个步骤，直到找出流通量大于等于0的可能逸出在允许范围内时继续下一时步计算，△>h一时则将时间步点为止。长减半；Ah