[发明专利]一种模拟砂砾石土坝基管涌侵蚀动态发展的方法

说明书

技术领域

本发明属于水利水电工程堤坝的设计、研究及运行管理的技术领域，具体地涉及一种模拟砂砾石土坝基管涌侵蚀动态发展的方法。

背景技术

部分江河大堤和一些水库大坝不可避免地坐落于在渗流作用下内部不稳定的砂砾石覆盖层上，这些堤坝在高水头渗流作用下可能发生内部管涌侵蚀，严重时威胁堤坝的安全。砂砾石土的管涌侵蚀，会改变土体的渗透性、强度和应力-应变关系，导致坝基及坝体渗流场的变化、导致大坝发生变形和应力调整，危害坝基的渗透稳定性和坝基的抗滑稳定性，危害上部及坝基内部结构的正常工作，最终危害整个堤坝的安全运行。

砂砾石土的管涌侵蚀的类型包括：管道型(流土型)管涌和管涌型管涌。管涌型管涌是指粗颗粒构成骨架而细颗粒在粗颗粒之间的孔隙中发生移动侵蚀。管涌型管涌可以在堤坝基础内部首先发生，并溯源发展。为了保证堤坝的安全运行，亟需一种模拟砂砾石土坝基管涌侵蚀动态发展的方法，以便定量描述砂砾石土坝基的管涌侵蚀动态发展。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种模拟砂砾石土坝基管涌侵蚀动态发展的方法，其能够定量地描述砂砾石土坝基的管涌侵蚀动态发展过程，用于分析和控制管涌型管涌，从而保证整个堤坝安全运行。

本发明的技术解决方案是：这种模拟砂砾石土坝基管涌侵蚀动态发展的方法，该方法基于含沙水流的渗流连续性方程以及管涌侵蚀过程中的泥沙质量守恒方程，耦合求解来获得各个时步的渗流场和管涌侵蚀量场。

本发明通过耦合求解管涌侵蚀过程中的渗流场和砂砾石土中泥沙输运的连续性(质量守恒)微分方程来获得渗流场的动态变化过程以及泥沙侵蚀过程和侵蚀程度，所以能够定量地描述砂砾石土坝基的管涌侵蚀动态发展，用于分析和控制管涌型管涌，从而保证整个堤坝安全运行。

附图说明

图1示出了100米深防渗墙方案侵蚀100小时后大坝等水头线与未侵蚀(虚线)时的对比。

图2示出了100米深防渗墙方案侵蚀100小时后坝基的覆盖层土体颗粒侵蚀体积含量。

具体实施方式

这种模拟砂砾石土坝基管涌侵蚀动态发展的方法，该方法基于含沙水流的渗流连续性方程以及管涌侵蚀过程中的泥沙质量守恒方程，耦合求解来获得各个时步的渗流场和管涌侵蚀量场。

本发明通过耦合求解管涌侵蚀过程中的渗流场和砂砾石土泥沙输运的连续性(质量守恒)微分方程来获得渗流场的动态变化过程以及泥沙侵蚀过程和侵蚀程度，所以能够定量地描述砂砾石土坝基的管涌侵蚀动态发展，用于分析和控制管涌型管涌，从而保证整个堤坝安全运行。

另外，含沙水流的渗流连续性微分方程--渗流微分方程，该方程中的渗透系数包含管涌侵蚀的影响。

另外，所述含沙水流的渗流微分方程为：

1(1-sv)∂[s(1-sv)φ]∂t+vi,i=0]]>

其中φ为土体的孔隙率，s_v为渗流中泥沙的浓度，v_i,i为渗流速度的散度，s为饱和度，t为时间。

其中的渗流速度，用下式计算

v_i＝-h_,jk_r(ψ)K_ij＝-K_ij(β)k_r(ψ)(ψ+z)_,j