岩体裂隙网络稳定-非稳定渗流分析

摘要

针对岩体裂隙网络渗流问题，首先理论上推导了单裂隙立方定理和裂隙微元体连续性方程;在裂隙网络稳定-非稳定渗流分析过程中，通过将达西定律扩展到包含干区的整个裂隙网络区域，并令潜在溢出边界条件为Signorini型互补边界条件，将湿区上的稳定-非稳定渗流问题转化为全域上的一个新的初边值问题，建立了与定义在整个裂隙网络区域上的偏微分方程提法。为了保证数值求解稳定性，引入了连续型罚函数，详细给出了裂隙网络稳定-非稳定渗流分析的有限元数值分析格式和迭代算法。通过相关试验数据和解析解的对比分析，验证了本文算法的有效性。同时还将本文发展的计算方法应用到含复杂裂隙网络的边坡稳定-非稳定渗流分析。
　　本文主要针对以下几方面进行研究:一是在Darcy定律的基础上，推导了单裂隙概化为光滑平行板的流动方程即立方定理;进一步通过微元体模型，推求了裂隙稳定—非稳定渗流的控制方程。二是针对裂隙网络稳定—非稳定渗流方法采用广义Darcy定律，通过建立系统的稳定—非稳定渗流偏微分方程提法，建立相应的有限元数值方程及迭代算法，解决了复杂裂隙网络的收敛性问题。三是本文运用VC++编写了裂隙网络稳定—非稳定渗流方法的求解程序，并由此给出了多个算例予以验证。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究的目的及意义

1．2 研究现状

1．3 研究的内容与方法

1．3．1 研究的内容

1．3．2 研究的方法

2 裂隙岩体的渗流规律

2．1 达西定律

2．2 立方定理

2．3 裂隙渗流控制方程

2．4 本章小结

3 裂隙网络模型的稳定渗流数值模拟

3．1 裂隙网络稳定模型的无压渗流问题

3．2 Signorini型提法

3．3 有限元数值求解格式

3．4 算例验证

3．4．1 简单矩形坝模型

3．4．2 梯形均质坝模型

3．4．3 复杂裂隙网络渗流分析

3．4．4 裂隙岩体边坡

3．5 本章小结

4 裂隙网络模型的非稳定渗流数值模拟

4．1 二维裂隙网络的非稳定渗流模型

4．2 有限元计算

4．2．1 有限元计算格式

4．2．2 有限元计算流程

4．3 算例

4．3．1 砂槽模型试验验证

4．3．2 含复杂二维裂隙网络的岩体边坡

4．4 本章小结

5 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

致谢

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