基于卸荷理论的某水电站引水系统边坡工程三维有限元分析

涉水边坡稳定性的三维强度折减有限元分析涉水边坡稳定性的三维强度折减有限元分析 Three-dimensional Slope Stability Analysis by Shear Strength Reduction Finite Element Method (SSR-FEM) under Drawdown Condition【中文摘要】强度折减有限元法能够考虑土体的应力—应变关系,能够自动搜索滑动面的位置及模拟边坡的渐进性破坏过程而受到广泛关注。

但该方法尚存在一些问题需要进一步探讨,如有限元网格对计算精度的影响,失稳判据统一性问题,如何将该方法合理应用于考虑库、河、海水位升降等荷载作用下边坡稳定性评价,将该方法从二维拓展到三维的合理性等问题都是值得进一步验证和研究的。

针对上述问题,本文主要开展了以下三个方面的研究工作:1.讨论了单元形状、单元类型、网格大小等因素对边坡稳定系数计算精度和变形破坏效果的影响;分析了有限元网格与单元类型对边坡失稳判据的适宜性,对采用合理网格下边坡失稳四种判据的一致性和统一性进行了讨论;探索了边坡土体的黏聚力、内摩擦角及坡角等因素对滑动面和滑出点位置的影响;讨论了不同坡度、坡高、黏聚力和内摩擦角条件下均质边坡的稳定安全系数,并将强度折减有限元解与极限分析上限解进行了对比分析;最后将强度折减有限元法应用于各种复杂条件下的边坡稳定性分析中。

2.分析了三种水位下降模式下边坡的失稳机理与稳定安全系数。

水位下降模式可分为骤降、缓降及非饱和—非稳定渗流三种类型。

采用强度折减有限元方法分析水位在骤降和缓降条件下,岸坡的整体稳定性及其失稳机理。

进一步地,通过对大型有限元软件ABAQUS的二次开发,采用Visual Fortran 6.5对边坡迎水面的边界条件进行改进,使水位可随时间变化合理模拟非饱和—非稳定渗流。

着重从水位下降模式、浸润线位置、土体的渗透系数、水位下降速率和下降比等五个方面深入而系统地探讨渗流条件下边坡的稳定性及其影响程度。

阿青水电站坝体静力三维有限元应力应变分析研究摘要:阿青水电站位于西藏阿里地区，阿里地区位于西藏西部，战略地位重要，然而气候条件恶劣，社会经济发展滞后，交通运输不便，能源匮乏，基础设施落后，电力极度短缺。

阿青水电站建设对于阿里地区政治经济发展和社会稳定的具有巨大的促进作用。

阿青水电站工程规模为大（2）型，工程等别为二等，其中壅水建筑物（土石坝坝高超过100m提高一级）为1级建筑物。

大坝体型设计事关本工程成败的关键，采用河海大学岩土工程研究所研制的TDAD三维有限元静力计算程序，模拟各种工况，通过计算分析和结合国内相关工程经验，最终确定合适的大坝体型。

关键词:壅水建筑物;TDAD;三维有限元静力计算程序大坝体型1工程概况阿青水电站位于西藏自治区阿里地区札达县象泉河上，是象泉河中游水电规划5级开发的第2级电站，集水面积11420km2，主要任务是发电，枢纽建筑物由拦河大坝、泄洪消能建筑物、引水发电建筑物等组成。

正常蓄水位3814.00m，相应库容3.01亿m3，电站采用坝式开发，水库具有多年调节能力。

根据《水电枢纽工程等级划分及设计安全标准（DL 5180-2003）》的规定，阿青水电站工程规模为大（2）型，工程等别为二等，壅水建筑物（土石坝坝高超过100m提高一级）为1级建筑物，泄洪、引水及发电等永久性主要建筑物为2级建筑物，永久性次要建筑物为3级建筑物，临时性水工建筑物为4级建筑物。

沥青混凝土心墙砂砾石坝坝顶宽度10m，坝顶长度为450.80m，坝顶高程3818.00m，建基面高程3711.00m，最大坝高107m。

上游坝坡为1:2.25，下游坝坡为1:2.0，上、下游坝坡分别在3788.00m高程处设置宽5m的马道，上游坝坡水位变幅区采用1.0m厚干砌块石护坡，其余部位及下游坝坡采用0.4m厚的干砌石护坡。

2坝体静力三维有限元应力应变分析由于沥青混凝土心墙砂砾石坝建在高山峡谷里，应力应变的三维效应显著，故进行了三维静、动力应力应变计算，以了解大坝和坝基在静力和地震情况下的应力应变状态，为设计方案的选择提供计算依据。

拉拉山水电站进水塔三维动力有限元分析进水塔结构复杂，在高地震烈度区表现为复杂的动力特性，塔体结构的稳定性直接关系到结构的安全性及设计的合理性。

文章采用三维动力有限元的方法，通过在人工边界上输入实测地震波来模拟地震作用，得到了进水塔结构动位移和动应力响应，并基于有限元计算结果进行了进水塔稳定性分析。

计算结果表明，拉拉山水电站进水塔在地震作用下是稳定的。

标签：进水塔；有限元；动力分析1 工程概况拉拉山水电站位于甘孜州巴塘县境内，电站为引水式开发，该电站位于巴楚河中游河段上，工程河段上起松多，下止措松龙，河段长23.5km，天然落差225m。

电站闸址位于松多乡松多村，正常蓄水位3004.00m，相应库容106万m3，电站装机容量96MW，具有日调节性能。

电站进水塔紧靠排污闸布置于左岸，进口分水角为64°51’59”。

进水口由喇叭口、拦污栅、进水闸组成，总长36.2m。

2 岩体及混凝土静、动力学参数3 进水塔抗震分析及评价3.1 计算方法及假定利用ANSYS有限元分析程序建立三维有限元模型，地震作用采用时程分析法。

本次分析计算中所利用的时间历程分析理论的基本假定有：（1）库水假定为不可压缩流体，因此库水对进水塔的动力作用即相当于附加质量。

（2）地基为均匀体，并人为地截取一条边界作为地震输入边界。

在计算中假定地震运动沿人工边界均匀输入。

（3）假定人工边界范围以内的地基是“无质量地基”，在形成整个系统的特征矩阵时，地基单元只考虑弹性，不考虑质量，以消除波的传播效应，避免人为的放大作用。

3.2 地震波的选取地震波是一个频带较宽的非平稳随机振动，受各种因素影响而变化，采用时程法对结构进行地震分析时，输入地震波不同，所得的地震反应相差较大，因此，合理选择地震波进行直接动力分析是保证计算可靠性的重要保证。

拉拉山水电站的场地类别属于III类，工程场地的地震基本烈度为Ⅷ度，进水塔未来50年超越概率为10%基岩地震动峰值加速度 1.85m/s2，特征周期为0.4s，进水塔抗震分析计算中选择场地实测波进行计算，本次计算考虑水平向地震波。

1.工程概况**水电站位于省**县**河上游主源上，是以发电为主的高水头引水式电站，其中引水隧洞长约18.05km，布置在河流左岸，洞线均处于中高山区，隧洞埋深大，一般在350～450之间，最浅处在火石溪沟，垂直覆厚约为25m，隧洞底坡按2.03‰控制，进水口底板高程为1326m，末端底板高程为1289.42m。

，建筑物级别为3级。

计算目的：本计算仅针对尾部水头116米的高水头钢筋砼衬砌段进行内力分析及配筋计算，断面形式为外马蹄形开挖、过水断面为圆形的衬砌形式。

⑴分别建立2维、3维有限元进行分析，并进行结果合理性分析比较。

⑵根据建立的模型，分析砼和围岩的在受到内水压力和自重应力情况下，其应力应变分布规律。

⑶分别根据3维钢筋应力成果及采用线弹性beam3单元模拟砼的2维内力计算成果，进行裂缝计算和结构配筋分析。

⑷合理性论证：采用本次计算方法，对86米水头马蹄形衬砌断面进行2维线弹性分析，并与理工大计算成果进行比较，进行合理性论证；⑸对于圆形钢筋砼衬砌以外的马蹄形开挖回填砼，采用按照实际情况计算同将该部分作为安全储备，等同围岩考虑的计算进行比较，分析应力差别，论证通常计算将该部分作为安全储备，等同围岩考虑的计算的思路的合理性。

2.不同模拟计算方法的理论常用的钢筋砼有限元有分离式、组合式和整体式3种，分离式是把钢筋和混凝土各自划分为足够小的单元，两者之间使用联结单元模拟其粘结滑移；组合式模型把钢筋和混凝土包含在一个单元中，分别计算钢筋和混凝土对单元的贡献；整体式模型也钢筋和混凝土包含在一个单元中，但统一考虑钢筋和混凝土的作用。

在ansys中对3维钢筋混凝土提供了solid65单元，其concr属性通过定义砼的极限受拉强度和受压强度，就可以确定混凝土在多向应力状态下的破坏准则，计算采用(William and Warnke 1975[4])准则。

用来模拟混凝土的破坏，而且通过定义单元中不同方向的钢筋体积比和钢筋材料属性，模拟钢筋混凝土的材料。

大型水闸三维有限元抗滑稳定分析[摘要] 本文对新疆叶尔羌河中游渠首工程泄洪闸闸室结构和地基采用大型有限元软件ANSYS进行三维有限元抗滑稳定静、动力分析，静力分析采用弹性材料进行模拟，动力分析采用模态分析并结合反应谱法进行计算。

计算结果表明各工况下闸室结构抗滑稳定满足要求，可以直接为工程设计服务。

[关键词] 大型水闸三维有限元抗滑稳定分析1.工程概况新疆叶尔羌河中游渠首工程属大（2）型、Ⅱ等工程。

渠首由泄洪闸、进水闸、溢流堰兼西岸输水涵洞和上、下游导流堤、分流墙组成，枢纽总布置型式采用一字型闸堰结合型式。

泄洪闸为主体建筑物之一，为2级建筑物。

枢纽区距伽师强震区较近，地震设计烈度为7度，正常水位1192.25米，校核洪水位1193.99米。

闸基主要持力层为粉细砂层（Q4-1al+pl），泄洪闸闸室结构为普通钢筋混凝土结构，闸底板采用折线形，结构受力复杂，对闸室结构抗滑稳定不利[1]。

2.计算工况、荷载及其组合2.1 计算工况计算时主要考虑下面四种工况：工况1：完建工况工况2：正常运行工况工况3：校核洪水位工况工况4：地震工况2.2 计算荷载及其组合荷载计算主要包括闸室及上部结构自重、静水压力、水重、闸底板所受扬压力、浪压力及地震荷载。

荷载施加的具体情况如下：（1）在闸墩上游侧按工况施加静水压力、浪压力和泥沙压力。

（2）在闸墩下游侧按工况施加静水压力。

（3）按不同工况考虑闸室底板承受的水重和扬压力（采用改进阻力系数法计算水闸底板渗透压力）。

（4）将闸门所受荷载直接加在闸门槽上。

（5）按设计情况考虑闸门自重。

（6）土体自重均按饱和容重计算。

（7）闸室结构自重按钢筋混凝土容重计算。

计算时完建工况和正常运行工况为基本组合，校核洪水位工况和地震情况为特殊组合。

需计算的荷载见表1[2]。

3.计算方法3.1 基于三维有限元的静动力计算利用ANSYS有限元软件进行闸室结构和地基稳定的三维静动力稳定性分析，计算中将材料按弹性介质进行处理。

2003年11月 SHUILI XUEBAO 第11期 文章编号：0559-9350 (2003) 11-0102-05三维极限分析方法在恰甫其海水利工程边坡稳定分析中的应用杨健，王玉杰，陈祖煜(中国水利水电科学研究院 岩土工程研究所，北京 100044)摘要：恰甫其海水利枢纽工程左岸发育一规模较大的F 78断层，左坝肩施工开挖时该断层将大范围出露，由此产生施工期和蓄水后左岸山体的稳定性问题，并对工程安全带来威胁。

本文采用边坡稳定三维极限(上限)分析方法，对左岸山体在施工期和运行期的三维抗滑稳定性进行分析研究。

分析表明，左岸山体施工期和运行期的稳定性较好，但降雨入渗对左岸山体的稳定性影响较大，应考虑适当的排水措施。

关键词：边坡稳定；三维极限分析方法；上限理论 中图分类号：TV233.3+1 文献标识码：A1 工程概况新疆恰甫其海水利枢纽工程左岸发育有规模较大的F 78断层，该断层倾向上游偏河床，大致为SE170°左右，倾角为15°～25°，且断层面具有一定的起伏差。

F 78断层上盘岩体层面节理发育，走向与河道近似垂直，岩层较陡，倾角近90°。

施工期在地震或降雨等诱发条件的影响下，F 78断层上盘岩体有向上游滑动的可能性。

为保证边坡施工期的安全，其稳定性需进行分析计算。

该问题是一个典型的空间边坡稳定问题，需采用三维稳定分析方法进行研究。

应用基于塑性力学上限原理和运用最优化方法搜索临界滑裂面的三维上限分析方法，对左岸山体沿F 78断层潜在滑动的稳定性问题进行了深入分析和研究。

2 计算方法及原理计算采用中国水利水电科学研究院在“九五”攻关期间开发的边坡稳定的三维极限分析塑性力学上限解法［１］，对左岸山体进行三维抗滑稳定分析。

W.F.Chen ［2］,Donald 和Chen ［3］曾从边坡稳定角度阐述这一极限分析的原理。

对于一个处于极限状态的边坡，假定在土体里存在一个塑性区Ω*，塑性区里各点的材料已经屈服且服从Mohr Coulomb 破坏准则。

渡口坝水电站引水隧洞跨河段三维有限元分析针对渡口坝水电站引水隧洞跨河段，采用三维弹塑性损伤有限元法，计算其施工期开挖过程围岩稳定性，运行期内水工况、检修期外水工况衬砌结构受力情况。

在此基础上获得衬砌结构的控制工况，根据此工况衬砌受力情况，对衬砌进行配筋计算，保证衬砌结构安全持久运行。

计算结果表明，隧洞跨河段采用明挖可保证围岩开挖稳定，运行期内水工况为衬砌结构的控制工况，当衬砌配筋率达到1.22%即可满足运行要求。

标签：引水隧洞跨河段；围岩稳定；衬砌受力；数值模拟；配筋计算引言随着水电事业的发展，我国西南地区一些大河的支流上涌现了大批水利水电工程。

受地形限制，这些水电站多采用引水式发电系统，形成了为数众多的长距离引水隧洞[1]。

这些地区的长距离引水隧洞往往要穿越水资源丰富的山脉群，因而通常有跨河段存在。

引水隧洞跨河段由于水流的长期侵蚀，上部覆盖薄，地质条件较差，在施工过程中常采用明挖方式开挖，继而进行衬砌浇筑及混凝土回填。

跨河段地质条件差，施工方式复杂，并且运行过程中由于河流水位的存在，围岩及衬砌结构受力复杂，因而其在施工和运行过程中围岩及衬砌的安全稳定问题是工程的关键。

目前，对于引水隧洞，尤其是深埋引水隧洞围岩稳定问题研究较多[2-3]，但对于引水隧洞跨河段施工及运行过程中围岩和衬砌稳定问题研究较少。

传统的水工隧洞常采用衬砌结构正常使用极限状态分析方法，通过计算衬砌裂缝宽度，钢筋受力进行结构稳定校核。

这种解析方法不能考虑衬砌与围岩的联合受力，对于浅埋的跨河段，也无法考虑上部河流水位作用，因而在跨河段隧洞分析中存在很大的局限性。

本文以渡口坝水电站引水隧洞跨河段为例，采用三维弹塑性损伤有限元法，分析其在不同工况下围岩稳定及衬砌结构受力情况，为隧洞跨河段的设计及安全施工提供必要的理论依据。

1 工程概况渡口坝水电站位于梅溪河中上游重庆市奉节县境内，为混合式电站，是梅溪河第一级开发的水电工程。

坝址控制流域面积764.9km2，占全流域面积2001km2的38.23%，多年平均流量18.2m3/s，年径流量5.74亿m3。

第16卷　第4期2003年10月中　国　公　路　学　报China Journal of Highw ay and TransportVo l.16　No.4Oct.2003文章编号:1001-7372(2003)04-0025-05收稿日期:2002-10-25作者简介:张国祥(1962-),男,湖南邵阳人,中南大学副教授,工学博士.边坡滑动面三维空间有限元分析张国祥,刘宝琛(中南大学土木建筑学院,湖南长沙　410075)摘　要:提出了一种用三维潜在滑移面法分析三维边坡滑动面及稳定性的新方法,该方法根据弹塑性有限元的应力分析结果,用数值积分方法确定边坡的潜在滑移面、最危险潜在滑移面和边坡稳定性安全系数,具有充分的理论依据。

通过对大量三维边坡实例的稳定性安全系数及最危险滑动面的分析得出,三维边坡按平面边坡处理会引起较大的分析误差,三维边坡应该按三维问题进行分析。

关键词:道路工程;三维边坡滑动面及稳定性;三维潜在滑移面法;弹塑性有限元中图分类号:U416.14 文献标识码:AAnalysis of slope slip surface by three -dimensionfinite element methodZHANG Guo -xiang ,LIU Bao -chen(Schoo l o f Civ il Eng ineering and A r chitecture,Cent ral South U niv ersit y,Chang sha 410075,China )Abstract :A new method in which the three -dimension slo pe slip sur face and stability can be ana-lyzed by the po tential slip surface theor y is presented in this paper.Acco rding to the stress analy-sis results of elastic-plastic finite elem ent metho d,the m ethod makes sure of potential slip sur-faces ,the m ost dangero us potential slip surfaces and stability safety factor of slope by m eans of numerical v alue integral,and the m ethod has tight theoretical basis.T hr oug h analysis of many thr ee-dim ension slope eng ineer ing ex am ples,it sho w s that the slope stability safety factor and the most dang er ous slip surface using the tw o -dim ension metho d are quite different fr om that using thr ee -dimension metho d ,and the three -dimensio n slope sho uld be analyzed by the three -dimen-sion m ethod.Key words :r oad engineering ;three-dim ensio n slope slip surface and stability ;three-dim ension po tential slip surface theory ;elastic -plastic finite element metho d0　引　言在岩土工程中很多边坡问题都属于三维边坡问题,只因按三维边坡问题处理起来太复杂,暂无比较完善的三维边坡稳定性分析方法,常常将其简化为平面边坡来处理。

水工结构的三维阶谱有限元分析程昭陈胜宏(武汉水利电力大学水电学院)摘要根据p型有限单元法的阶谱特点，详细论述了三维阶谱单元法的基本的分析过程和具体的实现路径，包括基函数的构造、边界约束条件的处理、刚度矩阵和荷载列阵的形成、提高数值积分效率的途径等。

引入了三维阶谱单元法的虚结点和广义结点的概念，并把三维阶谱单元法应用于水工结构计算。

关键词有限元法，阶谱单元，三维分析，p型，水工结构。

本文于1999年5月24日收到，系国家自然科学基金资助项目(59979021).有限元法是研究工程结构问题最为广泛的数值方法。

从逼近真实解的途径分类，有限元法可以分为：(1)h型，即传统的有限元法，通过减小单元尺寸h来提高有限元解的精度；(2)p型，通过增加基函数多项式的阶数p来提高有限元解的精度；(3)hp型，综合了(1)(2)两种方法。

文献[1]给出了p型有限元法的理论分析，指出p型有限元的收敛速度比h型快，而对于奇点问题，至少是h型的两倍。

文献[2]阐述了p型有限元法中的阶谱概念及其优点。

基函数具有阶谱特性的p型有限元法，称为阶谱有限单元法或阶谱单元法。

当前,p型有限元法一般都采用阶谱单元，所以在不作特别说明的情况下，p型有限元法和阶谱单元法是同一个概念。

文献[3]对一维阶谱单元法作了较为详细的研究。

目前对阶谱有限单元法的研究主要是针对二维问题，且偏重于理论分析，对工程计算的具体过程如何实现论述较少。

比如，约束如何体现，如何提高数值积分效率等等。

本文详细地给出了三维阶谱单元法的基本的分析过程和实现路径，包括基函数的构造、边界约束条件的处理、刚度矩阵和荷载列阵的形成、提高数值积分效率的途径等。

引入了三维阶谱单元法中的虚结点和广义结点的概念，并应用于水工结构工程计算，取得了满意的效果。

1 三维阶谱单元的基函数表示单元尺寸不变时pi阶阶谱单元逼近空间，阶谱的1.1 基函数的特点以H pi要领即低阶单元逼近空间是高阶单元逼近空间的一个子集：(1)因此，低阶单元刚度矩阵是高阶单元刚度矩阵的子块，当为提高精度而升阶时，可继续利用已经计算出来的低阶单元刚度矩阵[3,4]。

立洲水电站引水隧洞三维非线性有限元分析黄超;杨培章【摘要】引水隧洞作为一种典型的地下工程,结构复杂、地质多变,采用传统的结构计算方法已无法全面反映衬砌结构与围岩的联合受力特征.以立洲水电站引水隧洞为例,运用有限元数值模拟对隧洞围岩稳定性及结构的受力特性进行研究,较好地解决了传统算法存在的问题,供类似项目计算时参考.【期刊名称】《华电技术》【年(卷),期】2012(034)009【总页数】5页(P5-9)【关键词】引水隧洞;结构计算;有限元分析;数值模拟【作者】黄超;杨培章【作者单位】四川华电木里河水电开发有限公司,四川西昌610016;四川华电木里河水电开发有限公司,四川西昌610016【正文语种】中文【中图分类】TU450 引言当前我国水电建设主要集中在云、贵、川地区，其隧洞朝着大洞径、结构形式复杂化、地质条件多样化、受力条件复杂化的方向发展，其与围岩联合工作的条件也愈来愈复杂，因此，引水隧洞施工期和运行期的围岩力学特性、受力条件及与之对应的应力变形特征和失稳破坏规律、衬砌结构受力特性也成为隧洞、调压井设计中的重大难点问题。

立洲水电站引水隧洞支洞长5 137 m，地质条件较差且复杂多变，已完成一期开挖支护。

在正常的设计支护下，多次发生因岩石条件突变和涌水等不可预料因素导致的洞内塌方和变形，说明传统结构计算方法(解析法)已无法全面反映衬砌结构与围岩联合受力特征。

立洲水电站引水隧洞主洞段长达16 745 m，为了验证设计支护参数的合理性，寻找施工期和运行期洞内支护后变形的最不利部位，调整相应的支护参数以及加固、预防措施，从而减少洞内灾害和工期影响，达到减少投资的目的。

运用有限元数值模拟对软弱地质条件下隧洞围岩的稳定性及结构的受力特性进行研究，具有重要的现实意义。

1 工程概况立洲水电站采用混合式开发方式，枢纽工程由碾压混凝土双曲拱坝(坝高138 m)、坝身泄洪系统、右岸地下长引水隧洞及地面厂房组成，水库总库容1.897亿m3，具有不完全年调节性能，总装机容量为355 MW。

水工结构数值仿真中的有限元分析研究综述随着我国西部山区一系列高坝的建设，高拱坝的抗震性能与在地震中的损伤破坏受到越来越多的关注，下面是小编搜集整理的一篇探究水工结构数值仿真中有限元分析的，欢迎阅读参考。

前言随着我国水利水电工程建设的向西推进，在建或拟建超大规模大坝数量不断增多，再加上西南山区复杂地质条件、高地应力的影响，复杂力学问题求解分析的深入，水工结构工程科学计算的“瓶颈”日趋严重，传统VonNeumann体系下计算能力已不能满足需求。

即使将模型及算法简化，一次计算仍然需要几小时、几天乃至数十天的时间，严重制约着水利学科的发展。

因此急需采用已在其他诸如气象预报、分子动力学、新药研制等领域广泛应用的高性能并行计算，为水工结构工程的数值仿真研究提供新的技术支撑。

虽然并行计算自20世纪70年代起就已有学者研究，但其应用于水工结构数值仿真中的时间较晚。

水工问题主要以有限元为分析方法，因而目前研究主要针对有限元展开，并取得了一定成果。

1、水工有限元并行计算的3种策略在水工结构工程中，有限元分析已成为不可或缺的方法。

针对有限元的计算步骤，常用的有限元并行计算方法可以分为方程组并行求解、区域分解方法和EBE(Element-by-element)方法[1].1.1方程组并行求解线性方程组是许多水工数值仿真问题的核心。

理论上，有限元分析最终都归结到求解线性方程组Ax=b,A为整体刚度矩阵，x为待求结点位移向量，b为区域荷载向量。

对于线性的结构力学分析，刚度矩阵A是对称正定的，而且往往是稀疏带状的。

有限元计算过程中，方程组的求解占据了大部分计算时间。

即使是对于最简单的静力分析，代数方程组的求解时间也占整个分析时间的70%以上，动力分析则要占到90%以上[2].因此，将上述方程组求解并行化成为提高计算效率的简单、有效方法。

对于方程组Ax=b的并行求解，有两方面工作需要做：一是并行计算刚度矩阵A的分解;二是并行求解相应的三角形方程组，此部分较容易实现。

偏桥水电站水工模型实验及泄洪闸泄流三维数值模拟摘要每每在进行水电工程施工时，就不可避免地会遇到泄水建筑物过流能力等突出问题。

而以往，我们解决此类问题最好的办法就是做一下物理模型实验。

新世纪的科学技术不断取得迅速发展，同时在计算机的技术上也有不同程度的改进。

而在知识经济时代与科学飞速发展的进程中，计算流体动力学在学术界有了较大的发展，这都使得我们可以用数值模拟方法来求解诸如水工建筑物泄流问题。

经过数值模拟以后，工程技术人员就能够获得水利水电工程施工中的很大信息，有利地开展工作，使这一类问题能够妥善地解决，同时降低人，财，物的消耗。

而随着时代的发展，数学和物理模型的联系越来越紧密，这为最终彻底解决水利工程泄流问题，提供了新途径。

在本文中，笔者主要是以九龙河偏桥水电站工程为具体的研究实例，在FLUENT软件的帮助下，进行了数值模拟区域的构建工作，同时还使用了非结构化网格，隐式算法，对该水电站的泄洪闸的水流流场按定常流动做了三维数值模拟。

通过研究，我们发现泄洪闸的泄流能力、水面线等计算结果与我们所做的实验的结果有高度的一致性。

从这一点，我们可以看出，在工作中使用的模型比较合适，而且具体的实验方法正确，并最终为我们进行实际工程的设计和研究时提供新的发展思路。

关键词：水电站;模型;泄洪闸泄流;数值模拟;第一章绪论1.1研究的背景、目的和意义1.1.1研究的背景我国地大物博，水资源极其丰富，水系较多，河网有较密的分布。

然而，让人感到惋惜的是，在我国，水资源分布极不均匀，主要水资源分布在西南地区，那里的水在全国的水资源总量占比超过4万，而水能资源更是超过了7成。

从我国刚解放到现在21世纪，总共经历了60多年的风雨历程。

而在这一段时期里，我国的水利建设事业取得了可喜的发展成绩，尤其是在水力水电工程建设上。

可以说，从上世纪70年代末的改革开放以来，随着国家对水利水电事业的重视，以及资金的投入，一大批的大型水利工程已经造福于民，如黄河小浪底工程、三峡工程等，同时他们也为在新时期进行水利工程建设的探索开辟了新的发展道路。

欧田水库大坝三维有限元渗流分析彭成山1，范冰1，柯昌彬2（1 华北水利水电大学，河南郑州 450011；2 四川省宜宾市水利电力建筑勘察设计研究院，四川宜宾 644000）摘要：针对欧田水库大坝出现的渗流稳定问题，文中采用三维有限元法对大坝渗流场进行计算分析，并讨论在正常蓄水位下的四种不同防渗措施，得到四种防渗措施的溢出点高程、浸润线的各节点水头、渗透比降及渗流量。

通过分析比较，得出欧田水库大坝的最佳防渗方案。

关键词：三维有限元；渗流场；防渗措施中图分类号：TV223 文献标识码：A 文章编号：1006-7973（2014）01-0198-02引言渗流控制是水利水电工程中极为重要的课题，它直接影响到大坝的安全稳定，关系到人民生命财产的安危，所设计的工程能否安全可靠和经济合理，在很大程度上取决于能否正确进行渗流分析和合理的选择防渗措施[1]。

笔者采用三维有限元计算程序，对欧田水库大坝进行渗流计算，得出不同防渗措施下的溢出点高程、浸润线下各节点水头、渗透比降及渗流量。

通过方案比选，并结合实际情况，选择最合适的防渗措施，为欧田水库大坝的安全运行提供参考。

一、工程概况欧田电站位于肇庆市北部山区欧田村，为小（1）型水库，正常水位 225m，下游水位 183m，主坝为浆砌石重力坝，坝高48m，（坝底高程 182m，坝顶高程 230m，防浪墙高1.2m），坝长88.8m，坝顶宽度 5m，上游坝坡1：0.1，下游坝坡1：0.75，上游面浆砌石厚1m，后面设置60~100cm 厚的混凝土防渗墙。

二、三维有限元计算1.计算原理根据Darcy定律和水流连续性方程，当土体固结良好，不需考虑压缩性时，可建立下列数学模型[2]：式中：τ1为上下游及渗出面边界之和；τ2为不透水边界、潜流边界、补给边界、自由面边界等之和；n 为τ2的外法线方向；kn为n方向的渗透系数。

模型的计算范围及基本参数。

本次大坝有限元分析计算模型取长 130m，约坝底部长度的3倍，高 132m，约为坝高2.5倍。