郭銳

摘 要：近年來，隨著計(jì)算機(jī)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(jì)算任務(wù)。本文結(jié)合工作實(shí)踐，介紹了北京理正軟件在土石壩滲流計(jì)算中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：理正軟件 土石壩滲流計(jì)算 應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TV64 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）02（c）-0039-02

土石壩的滲流分析計(jì)算是一項(xiàng)復(fù)雜繁瑣的工作，一直以來，這項(xiàng)工作都是通過人工手算完成，需要花費(fèi)大量的人力和時(shí)間，而且計(jì)算精度不高。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，北京理正軟件設(shè)計(jì)研究院有限公司設(shè)計(jì)開發(fā)了理正巖土系列5.2版滲流分析軟件，筆者在實(shí)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(jì)算方法和步驟。

1 滲流計(jì)算

1.1 指定計(jì)算路徑

打開理正巖土系列5.2版軟件后，我們會(huì)看到多個(gè)計(jì)算模塊，點(diǎn)擊【滲流分析計(jì)算】模塊，則彈出【指定計(jì)算路徑】對(duì)話框。指定計(jì)算路徑是指將計(jì)算成果存儲(chǔ)到某一指定的位置，如D：＼滲流計(jì)算。進(jìn)入計(jì)算模塊后，還可以通過按鈕【選工程】重新指定計(jì)算路徑。同時(shí)，我們還可以設(shè)定工程名稱、工程編號(hào)及設(shè)計(jì)時(shí)間，以便日后查找。

1.2 選擇計(jì)算方法

指定計(jì)算路徑后，需要選擇計(jì)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(jì)規(guī)范》提供的計(jì)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(jiǎn)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(dá)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(dá)西定律為基礎(chǔ)，因此不適應(yīng)非線性達(dá)西定律的流場(chǎng)分析及不滿足達(dá)西定律的流場(chǎng)分析。下面詳細(xì)說明有限元法的計(jì)算步驟和方法。

1.3 增加計(jì)算項(xiàng)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(duì)話框，點(diǎn)擊【工程操作】菜單中的【增加項(xiàng)目】或“增”按鈕來新增一個(gè)計(jì)算項(xiàng)目，然后選擇【系統(tǒng)默認(rèn)例題】，點(diǎn)擊“確認(rèn)”按鈕后，彈出【滲流問題有限元分析】對(duì)話框，這是一個(gè)集中的參數(shù)交互界面，可在此界面內(nèi)輸入所有的計(jì)算參數(shù)。

1.4 輸入計(jì)算參數(shù)

操作人員可根據(jù)【滲流問題有限元分析】對(duì)話框中即時(shí)彈跳說明信息逐項(xiàng)輸入計(jì)算參數(shù)。但為了提高工作效率，對(duì)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(shí)必須注意，應(yīng)使用“l(fā)ine”命令繪制，圖的尺寸單位為米。點(diǎn)擊【滲流問題有限元分析】對(duì)話框左上角的“輔助功能”按鈕，選擇【讀入DXF文件自動(dòng)形成坡面、節(jié)點(diǎn)、土層數(shù)據(jù)】，即可讀入大壩橫斷面圖。此時(shí)會(huì)彈出【讀入DXF文件自動(dòng)形成坡面、節(jié)點(diǎn)、土層數(shù)據(jù)】對(duì)話框，顯示出具有節(jié)點(diǎn)和土層數(shù)據(jù)的大壩橫斷面圖，鼠標(biāo)左鍵點(diǎn)擊該圖，滾動(dòng)滾珠可放大或縮小圖形，按住滾珠移動(dòng)鼠標(biāo)可平移圖形，或者單擊鼠標(biāo)右鍵，通過彈出的菜單完成對(duì)該圖的各項(xiàng)操作。在【指定坡面線起始點(diǎn)號(hào)】一欄輸入大壩迎水坡與地面的交點(diǎn)編號(hào)；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(diǎn)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(jì)洪水位和校核洪水位工況時(shí)壩體形成穩(wěn)定滲流的情況?！安环€(wěn)定滲流”是指大壩在庫(kù)水位上升或下降工況時(shí)壩體形成穩(wěn)定滲流的情況?！酒旅婢€段數(shù)】一欄采用默認(rèn)值；【上游水位】一欄輸入上游水面與坡面起始點(diǎn)之間的高差；【下游水位】一欄輸入下游水面與坡面起始點(diǎn)之間的高差，其值可為正也可為負(fù)。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(zhǎng)】和【豎向投影長(zhǎng)】欄采用默認(rèn)值；在【說明】一欄輸入該計(jì)算項(xiàng)目的名稱。點(diǎn)擊“節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)”按鈕，【除坡面上點(diǎn)外的節(jié)點(diǎn)數(shù)】一欄采用默認(rèn)值。點(diǎn)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(diǎn)編號(hào)】欄采用默認(rèn)值；【土名】一欄輸入相應(yīng)區(qū)號(hào)土的名稱，也可采用默認(rèn)土名；【Kx】、【Ky】欄輸入各土層的滲透系數(shù)，地質(zhì)勘察報(bào)告中土層滲透系數(shù)單位一般為cm/s，輸入時(shí)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(chǔ)量】。點(diǎn)擊“面邊界條件”按鈕，【指定邊界面的個(gè)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(diǎn)編號(hào)】一欄輸入各坡面線段的起始點(diǎn)編號(hào)；【末節(jié)點(diǎn)編號(hào)】一欄輸入各坡面線段的終止點(diǎn)編號(hào)；【類型】一欄中有三個(gè)選項(xiàng)：“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(diǎn)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(zhǎng)線與背水坡的交點(diǎn)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(diǎn)與背水坡與地面的交點(diǎn)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(shí)間變化的情況，在【隨時(shí)間變化】一欄選擇是否隨時(shí)間變化。對(duì)于上游水面與坡面起始點(diǎn)之間的坡面線段，應(yīng)選擇“隨時(shí)間變化”，此時(shí)右側(cè)會(huì)出現(xiàn)“第一項(xiàng)水頭隨時(shí)間變化曲線”按鈕，點(diǎn)擊該按鈕后彈出【面邊界參數(shù)隨時(shí)間變化曲線】對(duì)話框，輸入時(shí)間分段數(shù)，如某水庫(kù)正常蓄水位120 h降落至死水位，則時(shí)間分段數(shù)應(yīng)為7，然后依次在【時(shí)間】一欄輸入0～5，在【水位升降量】一欄依次輸入相應(yīng)時(shí)間的水位升降量，水位升高為正值，降低為負(fù)值。其余的第二項(xiàng)、第三項(xiàng)等水頭隨時(shí)間變化曲線的輸入方法與此相同。對(duì)于下游水面與背水坡的交點(diǎn)與背水坡與地面的交點(diǎn)之間的坡面，其【隨時(shí)間變化】一欄的輸入方法如前所述。點(diǎn)擊“點(diǎn)邊界條件”按鈕，【邊界點(diǎn)描述項(xiàng)數(shù)】一欄可設(shè)為0。點(diǎn)擊“計(jì)算參數(shù)”按鈕，endprint