有自由面三維非穩(wěn)定滲流數(shù)值模擬若干關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、在水利工程、巖土工程、水文地質(zhì)、石油工業(yè)、化學(xué)工業(yè)、環(huán)境保護(hù)、海岸工程等許多部門(mén)中,都需研究介質(zhì)中流體傳輸運(yùn)動(dòng)的規(guī)律.如在水利水電工程中,常常需研究庫(kù)水位突降對(duì)土壩上游面壩體穩(wěn)定的影響;在基坑工程中,需研究基坑涌水量的大小,這些流體的運(yùn)動(dòng)都不僅是復(fù)雜的三維空間滲流問(wèn)題,有時(shí)還需考慮時(shí)間對(duì)它們的影響,這就使得這些流體的運(yùn)動(dòng)具有四維性.本文針對(duì)此問(wèn)題進(jìn)行了較為深入的研究.主要研究成果如下:1.簡(jiǎn)要介紹了目前非穩(wěn)定滲流的研究現(xiàn)狀,主要存在的問(wèn)

2、題和常用的研究手段及計(jì)算方法,并從三維固結(jié)理論出發(fā),推導(dǎo)了三維非穩(wěn)定滲流的微分方程式;2.以八結(jié)點(diǎn)等參元為例,推導(dǎo)了三維問(wèn)題的非穩(wěn)定滲流有限元格式,并編制了相應(yīng)的計(jì)算程序,討論了編程中的各種邊界條件,包括自由面的處理方法等,特別對(duì)非穩(wěn)定滲流中自由面邊界積分項(xiàng)的計(jì)算方法進(jìn)行了詳細(xì)的研究,利用該計(jì)算方法可以更精確地確定非穩(wěn)定滲流中自由面的位置;3.在基于變分不等式的基礎(chǔ)上,對(duì)有自由面的滲流問(wèn)題作了進(jìn)一步深入研究,詳細(xì)論述了有自由面滲流問(wèn)題的

3、弱表達(dá)式、有限元離散方程等,并編制了相應(yīng)的計(jì)算三維穩(wěn)定滲流場(chǎng)的計(jì)算程序;4.在滲流分析中,出滲點(diǎn)表現(xiàn)出強(qiáng)烈的發(fā)散性,通常的對(duì)出滲點(diǎn)的處理方法都不能很好地解決該問(wèn)題,本文在前人的基礎(chǔ)上,對(duì)出滲點(diǎn)的問(wèn)題做了進(jìn)一步的研究,并編制了相應(yīng)非穩(wěn)定滲流場(chǎng)計(jì)算程序;5.本文對(duì)差分方法做了更進(jìn)一步地研究,詳細(xì)論述了一種精度高、收斂快的差分方法,利用該差分方法,可以顯著地提高非穩(wěn)定滲流計(jì)算的收斂性;6.通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)算例和考題,說(shuō)明了本文所編制程序的正確性