淺談理正軟件在土石壩滲流計算中的應用

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雜繁瑣的計算任務。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用。

關(guān)鍵詞：理正軟件 土石壩滲流計算 應用

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，北京理正軟件設計研究院有限公司設計開發(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，我們還可以設定工程名稱、工程編號及設計時間，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，因此不適應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。“穩(wěn)定滲流”是指大壩在正常蓄水位、設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。“不穩(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。【坡面線段數(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】。【水平投影長】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)】一欄可設為0。點擊“計算參數(shù)”按鈕，endprint