淺談理正軟件在土石壩滲流計算中的應(yīng)用

郭銳

摘 要：近年來，隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，人們開始利用電腦軟件完成各種復(fù)雜繁瑣的計算任務(wù)。本文結(jié)合工作實踐，介紹了北京理正軟件在土石壩滲流計算中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：理正軟件 土石壩滲流計算 應(yīng)用

中圖分類號：TV64 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）02（c）-0039-02

土石壩的滲流分析計算是一項復(fù)雜繁瑣的工作，一直以來，這項工作都是通過人工手算完成，需要花費大量的人力和時間，而且計算精度不高。隨著計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，北京理正軟件設(shè)計研究院有限公司設(shè)計開發(fā)了理正巖土系列5.2版滲流分析軟件，筆者在實際工作中使用了這款軟件，取得了較好的效果。下面具體介紹一下計算方法和步驟。

1 滲流計算

1.1 指定計算路徑

打開理正巖土系列5.2版軟件后，我們會看到多個計算模塊，點擊【滲流分析計算】模塊，則彈出【指定計算路徑】對話框。指定計算路徑是指將計算成果存儲到某一指定的位置，如D：＼滲流計算。進入計算模塊后，還可以通過按鈕【選工程】重新指定計算路徑。同時，我們還可以設(shè)定工程名稱、工程編號及設(shè)計時間，以便日后查找。

1.2 選擇計算方法

指定計算路徑后，需要選擇計算方法，有公式法和有限元法。公式法是依據(jù)《堤防工程設(shè)計規(guī)范》提供的計算公式，適用于大壩上、下游壩坡為單一邊坡、壩基水平等較為簡單的類型。有限元法是依據(jù)非飽和土理論、根據(jù)基本滲流理論——達西定律等，采用有限元法分析穩(wěn)定流及非穩(wěn)定流中多種邊界條件、多種材料的堤壩或土體的滲流分析。但有限元法分析滲流問題是以線性達西定律為基礎(chǔ)，因此不適應(yīng)非線性達西定律的流場分析及不滿足達西定律的流場分析。下面詳細說明有限元法的計算步驟和方法。

1.3 增加計算項目

選擇有限元法后，彈出【理正滲流分析軟件-滲流問題有限元分析】對話框，點擊【工程操作】菜單中的【增加項目】或“增”按鈕來新增一個計算項目，然后選擇【系統(tǒng)默認例題】，點擊“確認”按鈕后，彈出【滲流問題有限元分析】對話框，這是一個集中的參數(shù)交互界面，可在此界面內(nèi)輸入所有的計算參數(shù)。

1.4 輸入計算參數(shù)

操作人員可根據(jù)【滲流問題有限元分析】對話框中即時彈跳說明信息逐項輸入計算參數(shù)。但為了提高工作效率，對于能夠熟練使用AutoCAD的人員，可先繪制出大壩橫斷面圖，保存為DXF文件。繪圖時必須注意，應(yīng)使用“l(fā)ine”命令繪制，圖的尺寸單位為米。點擊【滲流問題有限元分析】對話框左上角的“輔助功能”按鈕，選擇【讀入DXF文件自動形成坡面、節(jié)點、土層數(shù)據(jù)】，即可讀入大壩橫斷面圖。此時會彈出【讀入DXF文件自動形成坡面、節(jié)點、土層數(shù)據(jù)】對話框，顯示出具有節(jié)點和土層數(shù)據(jù)的大壩橫斷面圖，鼠標左鍵點擊該圖，滾動滾珠可放大或縮小圖形，按住滾珠移動鼠標可平移圖形，或者單擊鼠標右鍵，通過彈出的菜單完成對該圖的各項操作。在【指定坡面線起始點號】一欄輸入大壩迎水坡與地面的交點編號；在【坡面線段數(shù)】一欄輸入包括大壩迎水坡、背水坡和壩頂?shù)钠旅婢€段數(shù)之和。點擊“坡面形狀”按鈕，【分析類型】一欄中有“穩(wěn)定滲流”和“不穩(wěn)定滲流”兩種類型?！胺€(wěn)定滲流”是指大壩在正常蓄水位、設(shè)計洪水位和校核洪水位工況時壩體形成穩(wěn)定滲流的情況?！安环€(wěn)定滲流”是指大壩在庫水位上升或下降工況時壩體形成穩(wěn)定滲流的情況?！酒旅婢€段數(shù)】一欄采用默認值；【上游水位】一欄輸入上游水面與坡面起始點之間的高差；【下游水位】一欄輸入下游水面與坡面起始點之間的高差，其值可為正也可為負。如為不穩(wěn)定滲流，還需輸入【上游第二水位】和【下游第二水位】?！舅酵队伴L】和【豎向投影長】欄采用默認值；在【說明】一欄輸入該計算項目的名稱。點擊“節(jié)點坐標”按鈕，【除坡面上點外的節(jié)點數(shù)】一欄采用默認值。點擊“土層定義”按鈕，【不同土性區(qū)域數(shù)】、【α】和【本區(qū)域邊界節(jié)點編號】欄采用默認值；【土名】一欄輸入相應(yīng)區(qū)號土的名稱，也可采用默認土名；【Kx】、【Ky】欄輸入各土層的滲透系數(shù)，地質(zhì)勘察報告中土層滲透系數(shù)單位一般為cm/s，輸入時應(yīng)將其單位換算成m/d。如為不穩(wěn)定滲流，還需輸入土層的【孔隙率】、【飽和度最小值】和【單位存儲量】。點擊“面邊界條件”按鈕，【指定邊界面的個數(shù)】一欄可先輸入坡面線段數(shù)，待邊界面?zhèn)€數(shù)確定后再行更改；【始節(jié)點編號】一欄輸入各坡面線段的起始點編號；【末節(jié)點編號】一欄輸入各坡面線段的終止點編號；【類型】一欄中有三個選項：“已知水頭、已知流量”和“可能的浸出面”。上游水面與坡面起始點之間的坡面線段，其類型為“已知水頭”，其【始端取值】和【末端取值】均為上游水位；上游水面的延長線與背水坡的交點與下游水面之間的坡面，其類型為“可能的浸出面”；下游水面與背水坡的交點與背水坡與地面的交點之間的坡面，其類型為“已知水頭”，其【始端取值】和【末端取值】均為下游水位。如為不穩(wěn)定滲流，則需指出水位隨時間變化的情況，在【隨時間變化】一欄選擇是否隨時間變化。對于上游水面與坡面起始點之間的坡面線段，應(yīng)選擇“隨時間變化”，此時右側(cè)會出現(xiàn)“第一項水頭隨時間變化曲線”按鈕，點擊該按鈕后彈出【面邊界參數(shù)隨時間變化曲線】對話框，輸入時間分段數(shù)，如某水庫正常蓄水位120 h降落至死水位，則時間分段數(shù)應(yīng)為7，然后依次在【時間】一欄輸入0～5，在【水位升降量】一欄依次輸入相應(yīng)時間的水位升降量，水位升高為正值，降低為負值。其余的第二項、第三項等水頭隨時間變化曲線的輸入方法與此相同。對于下游水面與背水坡的交點與背水坡與地面的交點之間的坡面，其【隨時間變化】一欄的輸入方法如前所述。點擊“點邊界條件”按鈕，【邊界點描述項數(shù)】一欄可設(shè)為0。點擊“計算參數(shù)”按鈕，endprint