土坝渗透系数反分析方法研究

通过分析土石坝渗流的影响因素 ,分析渗透系数反演的二种情况 ,即单一区域渗流量有丰富的实测资料的情况和坝后总渗流量有实测资料的情况 ,并分别提出针对这二种情况的渗透系数反演方法     

土坝渗流特性的反演方法研究

用有限单元法求解有自由面的无压渗流问题,目前常用的方法有变动网格法和固定网格法两种。在遇到渗透性不同的水平成层地基及各种复杂夹层时,程序的数学处理不易;当初始自由面与最终自由面相差较大时,网格过分变形导致单元畸形;并且该法不能用同一单元网格剖分来分析渗流场与应力场,增加了有自由面渗流域应力分析的工作量。本文利用无网格法具有积分网格和节点相互独立的优点,解决了传统有限元方法很难处理的复杂渗透介质的计算域的问题。土坝的渗透系数的反演属于高度非线性问题,由于人工神经网络能较好地解决非线性问题,基于对无网格法的渗流的正分析,用神经网络法对渗透系数进行反演,通过算例证明无网格法和神经网络法的结合为解决有自由面的土坝的渗透系数的反演提供了一个有效的算法。     

岭澳水库大坝填土渗透特征分析

通过岭澳水库大坝填土的工程特性、实测渗透指标系统误差（包括合理误差和人为误差）分析、渗透指标取值方法分析以及工程类比分析，认为大坝填筑体总体防渗性能好，沿坝体渗漏量小，库坝渗漏另有其它的重要渗漏通道；并首次提出深圳地区坝体钻孔注水试验渗透系数值普遍偏大，深圳地区坝体渗流计算渗透系数不宜采用平均值进行统计。     

基于孔压静力触探的心墙黏土水平渗透系数测定方法研究

为了提出一种准确快速的土石坝心墙黏土渗透系数测定方法,基于孔压静力触探建立了渗透水流的椭球形水平渗流模型,该模型可以较好的适用于夯实土体的水平向渗透系数评估。首先回顾了前人基于孔压静力触探测算土体渗透系数的研究成果,再从实际角度出发,分析推导了探头贯入土体产生超静孔隙水压力分布的力学模型,与实测数据对比后认为超静孔隙水压力负指数函数分布形式具有一定准确性。然后推导了基于椭球形水平向渗流模型的渗透系数评估方法。经工程实例验证,本文方法从理论和计算精度等方面对前人方法进行了完善,具有较好的工程应用前景。     

堤防渗流稳定性的随机模拟

针对土壤的饱和渗透系数在空间分布的变异性对堤防进行随机渗流模拟，利用渗流模拟结果对坡面出渗的临界坡降进行了随机分析，并与不考虑随机性时的渗流模拟结果进行了对比，得出了一些有意义的结论。     

基于最大熵原理的贝叶斯方法在水库渗漏预测上的应用

最大熵原理是Jaynes于1957年提出的,在处理不确定问题上简捷、快速。大坝的渗流监测存在各种不确定性因素,通过运用最大熵原理,建立库水位与渗漏量的贝叶斯模型,同时引入匹配系数,实现预测模型的优化反分析,从而可以预测未来水位条件下对渗漏量的影响趋势。通过对港河水库渗漏量预测模型的建立,将实测观测数据与预测值进行比较,结果表明误差小于2%,运用最大熵原理的贝叶斯反分析得到的反演参数能够反映大坝实际渗流状况,结果是合理可行的。     

深厚覆盖层上面板堆石坝渗流敏感性分析

为研究防渗帷幕尺寸参数及坝基参数对大坝渗流的影响，以合理优化防渗系统的经济成本。以新疆某深厚覆盖层上面板堆石坝为例，通过自编程准三维渗流分析程序建立渗流模型；使用递进判别的敏感性分析方法，对防渗帷幕深度H、防渗帷幕厚度D、防渗帷幕渗透系数K_a、地基渗透系数K_b以及过渡区渗透系数K_c进行敏感性分析，确定各参数间的敏感性排序。实例分析表明，对单宽渗流量更敏感的参数为H、K_a、K_b，对防渗帷幕渗透坡降更敏感的参数为H、K_c。定量给出参数敏感性的显著性水平，提高敏感性分析的准确性和可靠性，可为深厚覆盖层上面板堆石坝渗流分析提供依据。     

衬砌渗透性对深埋隧洞渗流场及塑性区的影响

将深埋隧洞简化为圆形轴对称模型,推导得到其渗流场和考虑渗透体积力的弹塑性解。以此为基础,通过衬砌与围岩渗透系数比值变化,对隧洞渗流场、塑性区和渗漏量进行分析,探讨衬砌渗透性影响。算例表明,当衬砌为透水材料时,衬砌及围岩内水头从外向内迅速减小,但当衬砌与围岩渗透系数比值大于50后,渗流场变化不再显著。隧洞渗漏量随衬砌与围岩渗透系数比值增大逐渐增大,但比值大于50后,趋于稳定值。对于存在初始塑性区的无压隧洞,当衬砌不透水时,衬砌的塑性区较大;塑性区随衬砌与围岩渗透性增大逐渐减小,并趋于稳定。对于存在初始塑性区的有压隧洞,保持内压不变,随着衬砌渗透性的增大,塑性区迅速加大,但当衬砌与围岩渗透系数比值大于50后,塑性区不再变化;对于无初始塑性区的隧洞,保持内压不变,衬砌的渗透性对塑性区发展影响较小。     

衬砌渗透性对深埋隧洞渗流场及塑性区的影响研究

将深埋隧洞简化为圆形轴对称模型,推导得到其渗流场和考虑渗透体积力的弹塑性解.以此为基础,通过衬砌与围岩渗透系数比值变化,对隧洞渗流场、塑性区和渗漏量进行分析,探讨衬砌渗透性影响.算例表明,当衬砌为透水材料时,衬砌及围岩内水头从外向内迅速减小,但当衬砌与围岩渗透系数比值大于50后,渗流场变化不再显著.隧洞渗漏量随衬砌与围岩渗透系数比值增大逐渐增大,但比值大于50后,趋于稳定值.对于存在初始塑性区的无压隧洞,当衬砌不透水时,衬砌的塑性区较大;塑性区随衬砌与围岩渗透性增大逐渐减小,并趋于稳定.对于存在初始塑性区的有压隧洞,保持内压不变,随着衬砌渗透性的增大,塑性区迅速加大,但当衬砌与围岩渗透系数比值大于50后,塑性区不再变化;对于无初始塑性区的隧洞,保持内压不变,衬砌的渗透性对塑性区发展影响较小.     

基于实测资料和非侵入式随机有限元法的结构可靠度分析及其应用

提出了一种基于实测资料反演力学参数和非侵入式随机有限元法的结构可靠度分析方法,并应用于某重力坝工程实例。通过实测资料反演得到随机变量的均值,而非直接选用设计参数,然后再应用基于随机响应面法的非侵入式随机有限元法进行结构可靠度分析,使随机变量的参数取值更为接近结构的真实运行状态。     

基于向导点法反演水文地质参数

为了研究观测井与向导点布置范围以及水文地质参数初值对反演结果的影响,利用二维承压含水层理想模型,分别建立观测井、向导点不同分布范围(占研究区面积16％、36％、64％、81％和100％)以及不同渗透系数场初值的地下水反演模型,讨论其反演规律.其中,初始渗透系数场与实际渗透系数场之间的均方根误差记作R1,表示先验信息精度;初始渗透系数场经过PEST程序反演后的结果称为渗透系数估计场,与实际渗透系数场之间的均方根误差记作R2,表示参数估计精度,R2值越小反演精度越高.结果表明:随观测井、向导点分布范围增加,相应模型的R2值先减小后逐渐保持稳定;同时随向导点分布范围的增加,调用Modflow程序与优化迭代的次数减少;R1值增加,不同渗透系数初值模型的R2值、Modflow程序调用次数与优化迭代也会增加.由此看出,观测井与向导点分布范围越大,初始渗透系数场越接近真实值,反演结果越理想.研究成果为观测井与向导点的科学布置以及初始渗透系数场的取值提供了理论依据,有助于向导点法的推广.     

考虑相关长度误差的含水层渗透系数反演研究

相关长度误差对于研究含水层渗透系数反演精度的提升起着非常重要的作用.基于数值实验,运用连续线性估计方法(SLE)对含水层渗透系数K进行反演,通过增加K实测值数据量来分析不同相关长度误差条件下,渗透系数模拟值与真实值之间的差值,从而分析得出K实测值数据量和渗透系数反演结果误差之间的关系.研究结果表明:K实测值数据量较少时,改变相关长度数值,会对反演结果造成误差.在相关长度误差存在的基础上,随着K实测值数据量的增加,渗透系数K的反演精度增加的幅度越来越慢.表明过多的K实测值数据量会造成数据冗余,在设置的数值实验中,K实测值数应小于30个.因此,在实际工程中可以根据其精度要求选取较适宜的K实测值数据量.     

考虑流固耦合效应的高心墙堆石坝应力变形分析

300 m级高心墙堆石坝的建设需求,促进了对渗流场与变形场相互影响的动态耦合机理的研究.以渗透系数与孔隙率、体应变的相关关系为纽带,模拟了受变形场影响的渗透系数的分布情况;考虑上游堆石体湿化变形,建立多孔介质渗流场与变形场耦合分析的理论,并采用有限元数值方法结合算例进行双场耦合分析与计算.计算结果表明,渗透系数随填筑高程的增加逐渐减小;湿化作用不足以抵消浮托力对坝壳的上抬影响,坝壳下沉是由心墙渗透体积力引起的.     

地下水回灌过程中水文地质参数的反演

根据回灌过程中水文地质参数的特点,建立相应的反演优化模型,以西安市北郊某回灌试验为例,利用改进遗传算法求解,并将求解结果与瞬时渗透系数进行对比。结果表明,回灌过程中渗透系数符合指数衰减函数;在渗透系数为常量和变量2种情况下,对比4种求解方法,结果显示,在回灌过程中,将渗透系数设为随时间衰减变量的优化模型,更符合回灌实际情况,利用相应的改进遗传算法进行求解,误差更小,结果更可靠。     

考虑应力场作用的土坝渗透系数反演方法研究

由于土的渗流特性和土的非线性特性,土石坝在长期运行过程中,坝体结构形态不断进行调整.研究了渗流场与应变场的耦合效应,通过公式推导得到应变场和渗流场耦合的关系式,可以避开对量级较小的渗透系数的求解,提高反算速度和精度.正算采用基于耦合的渗流场计算的有限单元法,反算用遗传算法,探讨了基于耦合的渗透系数的反分析问题,然后导出这一问题的有限元计算公式及相应程序.并针对一实际黏土心墙坝进行了基于非线性耦合分析模型的渗透系数的反分析.分析结果表明,基于耦合的反算结果是合理有效的.     

考虑应力场作用的土坝渗透系数反

由于土的渗流特性和土的非线性特性,土石坝在长期运行过程中,坝体结构形态不断进行调整。研究了渗流场与应变场的耦合效应,通过公式推导得到应变场和渗流场耦合的关系式,可以避开对量级较小的渗透系数的求解,提高反算速度和精度。正算采用基于耦合的渗流场计算的有限单元法,反算用遗传算法,探讨了基于耦合的渗透系数的反分析问题,然后导出这一问题的有限元计算公式及相应程序。并针对一实际粘土心墙坝进行了基于非线性耦合分析模型的渗透系数的反分析。分析结果表明,基于耦合的反算结果是合理有效的。     

嘉峪关水源地潜水含水层渗透系数的确定

利用嘉峪关水源地实际勘查资料,运用稳定流非完整井法中的单井抽水试验、多孔抽水试验、干扰井群法;以及非稳定流中的降深-时间量板法和潜水斜率解析法等5种方法计算渗透系数,并对这5种方法的计算结果进行对比分析,同时结合研究区已有渗透系数计算成果,知嘉峪关水源地的渗透系数计算结果为330.79~424.20m/d。     

基于动态模拟的作物系数优化蒸散量估算研究

通过作物生长模型动态模拟的冬小麦全生育期潜在蒸散量和实际蒸散量计算冬小麦各生育时期的模拟作物系数,并与FAO提供的冬小麦各个生长阶段的标准作物系数对比,验证了其数值和变化趋势的准确性。基于地面实测和遥感反演的叶面积指数,建立了作物系数与叶面积指数的经验对数模型,根据遥感反演的叶面积指数获取冬小麦全生育期以天为步长的区域尺度的作物系数。利用冬小麦各生育时期模拟作物系数与以天为步长的区域尺度作物系数的比值优化蒸散量模型,获取关中平原2013—2014年冬小麦全生育期优化前后的蒸散量反演结果。通过与实测数据对比,发现优化前最大相对误差为14.36%,优化后最大相对误差为9.89%,优化后的蒸散量反演模型比未优化的蒸散量反演模型能够更加准确地反演冬小麦全生育期的蒸散量,特别是在低植被覆盖条件下的反演精度有明显的提升。     

有压泄洪洞衬砌混凝土热学参数反演分析

在大体积混凝土的温控研究中,绝热温升及水化热散发一半的时间是影响混凝土温度场结果的两个关键参数,有必要进行施工反演分析,验证前期取值的合理性,提高仿真分析的精度,进而指导温控研究,达到温控防裂的目的。利用ANSYS有限元软件,基于溪洛渡水电站泄洪洞有压段衬砌混凝土现场实测数据,对该衬砌用泵送C9040混凝土绝热温升和水化热散发一半的时间值进行反演分析,并利用反演分析成果,进行实际施工方案的复核。成果表明,有压洞衬砌混凝土温度场仿真计算值与现场实测数据相关系数较高,施工方案复核的计算中,温度应力结果与现场衬砌裂缝情况较为吻合,因而热学参数的反演分析成果合理。反演分析方法及结论可为类似地下工程衬砌混凝土温控防裂研究提供相应参考。     

大坝防渗排水结构作用分析

根据某水库大坝地质资料及大坝防渗排水设计，利用有限元方法对大坝渗流进行分析，同时得到大坝渗漏量及渗流等值线分布，根据计算成果，可证明大坝防渗设计是合适的，可以保证水库工程发挥预期的拦蓄水量、防止渗漏的作用。