基于Fluent的堤防工程渗流场数值分析

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堤防工程的安全是事关我国国计民生的大事,而渗流稳定是堤防工程安全的关键问题。因此,渗流问题的研究和分析,可以减小堤防渗透破坏的可能性,为堤防渗流控制措施的选取提供理论依据,对保证堤防工程的有效运行和安全稳定具有重要的意义。本文通过分析国内外渗流计算和发展现状,在前辈们对渗流的研究和理论基础上,采用有限体积法的Fluent数值模拟软件,采用其多孔介质模型,在验证了其在计算渗流场数值模拟正确性的基础上。对堤防工程的渗流场进行求解分析,并对具有防渗墙防渗措施的防渗效果进行了分析研究。通过对不同地基型式的堤防稳定渗流场、堤防非稳定渗流场、具有防渗墙防渗措施的堤防在防渗墙深度、位置及厚度等不同工况下的研究分析,可得如下结论:(1)对不同堤基基础下的渗流场进行模拟,并对结果进行分析研究可知,不同地基类型的渗流场压力基本相同,由堤防内侧至堤防背水侧堤基渗透压力呈逐渐减小的趋势;渗流速度有明显不同,岩石地基出口截面平均渗流速度最小为1.6×10-7m/s,砂砾石地基渗流速度最大为2.5×10-5m/s。(2)对河道水位降低的堤基非稳定渗流场进行模拟研究,结果表明,在随河道水位降低的过程中,堤防渗流速度逐渐减小,直到堤防内、外水位相等。堤防基础中渗流速度变为O。堤基进口压强每分钟减小大约4000pa,建基面压强每分钟减小大约1500pa,渗流速度每分钟减小了大约0.7×10-6m/s,单宽渗流量每分钟减小了大约0.7×10-5m3/s;即每当河道水位降低O.1m,相对于初始水位,进口压强减小5%,建基面压强减小3.1%,渗流速度减小0.7%,单宽渗流量减小0.7%。(3)对采取防渗墙的单一防渗措施条件下的渗流场进行分析,对防渗墙深度、厚度及位置分别研究,结果表明,随着防渗墙深度的增加,其对河道堤防防渗效果明显但不是无限制的,防渗墙位置和厚度对堤防渗流影响不大,要综合堤防稳定和经济性考虑,由此可为堤防渗流计算及工程所需的合理的防渗墙深度、位置及厚度提供依据。
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