基于改进Level-Set方法的非稳定渗流自由面数值模拟

摘要

含自由面非稳定渗流问题广泛存在于水利工程及岩土工程中，渗流自由面通常随时间动态变化，属于动边界问题，是非稳定渗流研究的重点和难点。本文在有限元框架内提出基于改进守恒Level-Set方法的非稳定渗流自由面数值模拟方法。采用改进守恒Level Set方法在固定网格上隐式地捕捉非稳定渗流自由面，巧妙避开了其他固定网格方法在处理自由面时的困难，计算方便，且具有良好的质量守恒性和准确性。首先给出了多孔介质非稳定渗流问题的控制方程及其数值离散，之后给出了渗流自由面追踪的方法及物理特性参数的插值方法，最后通过均质土坝、非均质矩形坝、河床下渗问题等经典算例，验证了本文方法的准确性和有效性。