基于ANSYS的非稳定渗流数值模拟及防渗优化研究

作     者：老西飞 

作者单位：天津大学 

学位级别：硕士

导师姓名：戚蓝;肖世辉

授予年度：2014年

学科分类：08[工学] 0815[工学-水利工程] 081503[工学-水工结构工程] 

主      题：非稳定渗流 自由面求解 数值模拟 有限元法 防渗优化 

摘      要：非稳定渗流问题是水利工程领域常见而又复杂的问题，很多学者致力于研究如何建立合理有效的渗流数学模型，快速高效地确定出渗流自由面以及渗流场参数。由于非稳定渗流问题本身的复杂性，如何采用数值计算方法进行真实准确的模拟是一个需要不断完善的过程。 本文在前人研究的基础上，收集整理了渗流自由面求解的几种主要方法，对其优缺点进行了评述，并在变单元渗透系数法的基础上提出了改进方法，该方法能够更加真实地模拟非饱和区的渗流情况。 根据渗流基本理论和有限元法基本原理，以福建某人工岛填海工程为例，对其非稳定渗流问题以及防渗优化问题进行了系统地研究，具体内容如下： 通过ANSYS软件有限元分析计算，进行非稳定渗流的数值模拟。由于本工程实例的特殊性，渗流过程中渗流损失量较大，导致内河水位无规律变动。本文通过APDL（ANSYS参数化设计语言）中的DO循环语句实现对计算时间域的离散细分，从而考虑了渗流量引起水位变动对整个渗流分析的影响。考虑人工岛的功能性需求和安全性保障，进行了防渗方案的优化研究。通过非稳定渗流计算，分析确定了人工岛的防渗方案。以渗流量和渗透坡降为控制条件，以防渗体长度为变量，编写APDL命令流。实现了防渗方案的优化分析，对工程建设具有一定指导意义。