复杂渗控结构的渗流问题的SVA数值模拟方法技术

本发明专利技术涉及一种复杂渗控结构渗流问题的ＳＶＡ数值模拟方法，其步骤包括：以排水子结构方法模拟复杂渗控结构，并且采用粗网格单元构建有限元模型；将潜在溢出边界及工程渗控结构边界表述为Ｓｉｇｎｏｒｉｎｉ型互补条件，以变分不等式方法解决上述边界渗流溢出点的精确定位问题；以自适应罚Ｈｅａｖｉｓｉｄｅ函数，解决所述复杂渗控结构的渗流自由面的精确定位问题。本发明专利技术采用子结构、变分不等式和自适应罚Ｈｅａｖｉｓｉｄｅ函数相结合的数值模拟方法，在理论及技术两个层面上有效解决了包含上述复杂渗控结构的有自由面、强非线性渗流问题，并且简化了有限元建模，具有计算效率高和数值稳定性好等突出优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种水利水电工程和岩土工程中含大量排水孔、排水井、抽水井、排水洞及排水廊道等复杂渗控结构的渗流问题的子结构-变分不等式-自适应(简称SVA)数值模拟方法。
技术介绍
在水利水电工程中的大坝、坝基、边坡，地下厂房等工程中，普遍涉及地下水的渗流及控制问题。这类问题的复杂性来自如下三个方面一是介质的复杂性，即问题涉及渗透特性差异极大的多种介质，如防渗帷幕、混凝土、强透水岩层、弱透水岩层和相对隔水岩层等；二是边界条件的复杂性，即问题涉及无压渗流问题，存在未知的溢出边界、自由面边界及渗流溢出点；三是工程渗控结构的复杂性，即问题涉及由大量的排水孔、排水井、抽水井、排水洞、排水廊道和防渗帷幕组成的排水防渗系统。目前，有自由面渗透问题的有限单元法包括变网格法和固定网格法两种方法。变网格法将自由面作为可变动边界，在每一步迭代计算中都需要重新剖分网格，计算量大，对存在复杂介质分区渗流问题的适应性不强，往往存在数值收敛性问题，且不适合渗流场与应力场耦合分析，因此在无压渗流场分析中目前广泛采用固定网格法。固定网格法又可以进一步分为直觉化方法和变分不等式方法。直觉化方法包括剩余流量法、单元渗本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种复杂渗控结构的渗流问题的ＳＶＡ数值模拟方法，ＳＶＡ是子结构－变分不等式－自适应的英文缩写，其特征是包括以下步骤：（１）以排水子结构方法模拟复杂渗控结构，并且采用粗网格单元构建有限元模型；（２）将潜在溢出边界及渗控结构边界 表述为Ｓｉｇｎｏｒｉｎｉ即西哥诺瑞内型互补条件，以变分不等式方法解决上述边界渗流溢出点的精确定位问题；（３）以自适应罚Ｈｅａｖｉｓｉｄｅ即赫维赛得函数，解决所述复杂渗控结构的渗流自由面的精确定位问题。

【技术特征摘要】
1.一种复杂渗控结构的渗流问题的SVA数值模拟方法，SVA是子结构-变分不等式-自适应的英文缩写，其特征是包括以下步骤(1)以排水子结构方法模拟复杂渗控结构，并且采用粗网格单元构建有限元模型；(2)将潜在溢出边界及渗控结构边界表述为Signorini即西哥诺瑞内型互补条件，以变分不等式方法解决上述边界渗流溢出点的精确定位问题；(3)以自适应罚Heaviside即赫维赛得函数，解决所述复杂渗控结构的渗流自由面的精确定位问题。2.根据权利要求1所述的模拟方法，其特征是所述渗控结构至少包括排水孔、排水井、抽水井、排水洞及排水廊道，并将所述渗控结构的边界条件归结为水头边界、Signorini型边界和排水流量受限的混合边界三类，采用SVA方法求解任意复杂渗控结构渗流问题及源、汇渗流问题。3.根据权利要求1所述的模拟方法，其特征是对包含渗控结构的任一网格单元，通过在其径向方向划分子单元形成排水子结构，并通过将排水子结构结点集划分为出口结点集、中间结点集和边界结点集，向出口结点集凝聚劲度矩阵及...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈益峰，周创兵，姜清辉，卢文波，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：83[中国|武汉]