坝体渗流自由面又被称为坝体的生命线,只有计算出自由面的位置,才能确定渗流域范围。以往的计算方法,如初流量法、丢单元法等求解渗流自由面时,通常利用边界条件特征,经过多次迭代运算逼近真实的渗流自由面,计算量大,结果不易收敛。本文基于课题组已完成的求解渗流自由面的实域总势能原理及逐步剖分法等,提出了一种考虑动能修正的渗流自由面数值计算方法,主要研究成果如下:(1)提出了考虑动能修正的渗流自由面数值计算方法。实域总势能计算逸出点的方法只考虑了位置水头与压力水头,忽略了速度水头的影响,造成一定计算误差。基于伯努利方程的物理几何含义,本文将速度水头转化成动能,对实域总势能方法进行了修正,提高了逸出点的计算精度。(2)利用相似原理确定渗流自由面,提高了计算效率。通过动能修正原理计算出渗流逸出点后,筛选出渗流模型中被自由面穿越的所有单元(即过渡单元),依据三角形相似求解计算域内过渡单元与自由面曲线的交点,连接各交点及逸出点直接获得土石坝完整的自由面曲线。(3)完善了能量损失率最小原理计算渗流自由面的方法,在逸出点未知的情况下直接求得渗流自由面曲线。课题组提出的逐步剖分法的递推形式,需要已知逸出点的位置,通过利用Fortran程序对该方法的重新编辑,并将其应用于土石坝算例的求解,与解析解或试验解对比表明,该方法具有很高的精度。