采空區(qū)上覆渠道工程滲流應(yīng)力耦合分析理論與應(yīng)用.pdf

1、跨流域調(diào)水工程具有線路長、涉及面廣、影響因素眾多的特點,一些渠道不可避免地要穿越采空區(qū)地表。渠道滲漏、采空區(qū)等因素很容易導(dǎo)致渠道工程產(chǎn)生開裂、失穩(wěn)等破壞現(xiàn)象,對渠道的正常運行以及養(yǎng)護和維修,構(gòu)成嚴(yán)重的潛在危險和安全隱患。目前,對渠道這類有水滲透建筑物的研究,多是將滲流場和應(yīng)力場相割裂,未能反映二者之間的耦合作用,并且地質(zhì)模型都進行了不同程度的簡化處理,難以全面、真實的反映復(fù)雜地質(zhì)特征。在滲流場模擬方面,主要采用經(jīng)驗公式-達西定律,或利用

2、溫度場與滲流場等效的原理,同時浸潤面的定位廣泛采用的方法是有限元固定網(wǎng)格法,直到近年來計算流體力學(xué)因其對流項處理方法比較成熟的特點,才逐漸被學(xué)者應(yīng)用于滲流場模擬中。因此,開展采空區(qū)上覆渠道工程滲流應(yīng)力耦合分析理論與應(yīng)用的研究具有重要的理論與現(xiàn)實意義。本文在概括總結(jié)已有成果的基礎(chǔ)上,主要研究和探討了以下三方面的內(nèi)容:
　　(1)從計算流體動力學(xué)的基本理論出發(fā),建立了基于耦合 VOF方法的Navier-Stokes方程的渠道三維滲流場

3、分析數(shù)學(xué)模型。采用有限體積法進行通用方程的離散,并將模型應(yīng)用于渠道及其周邊地下水運動的三維數(shù)值模擬中。研究結(jié)果表明在渠道滲流分析中采用VOF法進行渠道滲流模擬求解浸潤面具有很高的精度且計算工作量較小,為利用該方法進行實際工程滲流計算提供技術(shù)支持。
　　(2)從廣義多場耦合的基本理論出發(fā),提出了渠道工程三維滲流應(yīng)力耦合分析理論及數(shù)學(xué)模型。基于渠道工程地質(zhì)信息三維統(tǒng)一模型,在準(zhǔn)確模擬研究區(qū)域內(nèi)地質(zhì)體分層、斷層等地質(zhì)巖體空間展布的基礎(chǔ)上

4、,建立了渠道工程三維滲流應(yīng)力耦合分析數(shù)值模擬模型。通過自編腳本解決了耦合模型中滲流場與應(yīng)力場模擬這兩套非匹配網(wǎng)格之間的數(shù)據(jù)傳遞問題,同時在考慮巖土體非線性特征的條件下,應(yīng)用有限元方法開展了渠道在下伏采空區(qū)、滲漏等多種因素影響下的變形機理、變形特征的研究。研究結(jié)果對確保調(diào)水工程渠道長期安全穩(wěn)定運行具有重要的指導(dǎo)意義。
　　(3)從參數(shù)靈敏度分析的基本理論與方法出發(fā),將定量全局靈敏度分析方法-擴展傅里葉幅度靈敏度檢驗法(Extende