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在水利工程或岩土工程中,排水孔是极为重要的渗控措施之一,但由于排水孔尺寸较小,数量众多,因此如何准确高效地模拟排水孔的排水降压作用是渗流计算分析的难题之一。本文以某水电站高拱坝坝后水挚塘复杂排水系统为实例,深入研究了裂隙岩体中密集排水孔的模拟方法。主要内容如下:
(1)简单介绍了三维稳定渗流有限元法的计算原理,阐述了排水孔的渗流行为和排水孔“以线代孔”法的基本思想。分别采用“以线代孔”法和局部精细模型法研究了含复杂排水系统的坝后水挚塘渗流场,证明只要选取适当的单元网格,“以线代孔”法的计算精度是可以满足工程应用要求。另外,在局部精细模型中还分析了排水盲沟按出渗边界模拟与按等效连续介质模拟的差别。
(2)阐述了排水子结构法的计算原理及其优缺点,研制了密集排水子结构网格自动剖分程序,以工程实例分析比较了该方法与“以线代孔”法的计算成果,表明排水子结构法计算精度较高,但其前处理工作量较大,且方案变化影响有限元网格。
(3)介绍了解析法与有限元法耦合分析的计算原理及其程序流程,以工程实例分析了该方法的适用性,计算成果表明该方法的计算结果偏于保守。
(4)从解决工程渗流难题的角度出发,分析了四种排水孔模拟方法的适用条件及其优缺点。“以线代孔”法运算速度最快,精细模型计算精度最高。有条件时,尽可能采用精细模型。
(5)采用“以线代孔”法对水挚塘排水系统的布置方案进行优化研究,研究了不同布置方案渗流场、扬压力和渗流量的变化规律,并建议了较优的排水系统布置方案。