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在分析过程中,坝体内各点初始水势h0 (x,z,0) 及浸润线的位置根据正常蓄水位形成的稳定渗流场分析结果确定。坝体下游水位保持不变,上游水位则由库水位的下降速度计算得出,即h1 (x,z,t) 是时间的函数。对于不透水坝基,认为f (x,z,t)恒为0。
将分析区域划分为有限单元网格,建立单元水势插值函数,应用泛函极值原理或伽辽金法建立非稳定渗流有限元支配方程[5]:
式中:k为传导矩阵; h为单元节点水势列阵; S为贮量矩阵; F为边界条件列阵,包括已知水头和流量边界。
求解式(5)时,时间变量采用差分法离散,由此得
2? 实例分析
2. 1 基本资料
某均质土坝,坝高为50 m,顶宽为10 m,上游坝坡为1:2. 5,下游设马道后坝坡分别为1 :2、1:1. 5、1 :www.tmgc8.com2. 5,坝脚设排水棱体。均质坝填筑土料的渗透系数取10-5 ~ 10-2 cm / s,坝体各区物理力学参数见表1,大坝断面形式及尺寸见图1。
表1 坝体各区材料物理力学参数
图1 大坝模型
2. 2 渗流结果分析
为了进行上游坝坡的稳定性分析,需要确定库水位下降过程中各时段坝体浸润线的位置,即进行不稳定渗流计算[6- 8]。在渗流计算中,上游库水位从45 m以不同下降速度下降到5 m,下游水位保持在5 m不变。渗透系数从4. 32 m/d变化为0. 008 64 m/d,共计6 种情况。具有代表性的渗流浸润线见图2。
图2 渗流浸润线变化
图2(a) ~ (c)为在保持渗透系数为0. 086 4 m/d不变、不同下降速度条件下的浸润线。在渗透系数