[发明专利]一种水闸闸基覆盖层渗透系数反演分析方法

权利要求书

1.一种水闸闸基覆盖层渗透系数反演分析方法，其特征在于，包括以下操作：

1)根据水闸闸基的地质剖面图和闸基防渗布置图，建立闸基平面渗流有限元计算模型；并根据渗压计的埋设位置，在有限元模型中相应位置布置节点；

2)根据水闸闸基的覆盖层地层岩性及其分布，明确覆盖层材料种类以进行其渗透系数反演分析；

3)通过正交试验设计对反演分析的不同材料的渗透系数进行组合；

4)利用有限元软件ANSYS热分析模块进行闸基渗流分析，根据不同的渗透系数组合，计算得到闸基的整体渗流情况，及相应于渗压计埋设处的节点位置渗压；

5)构造渗压计算值的响应面方程如下：

式中，为渗压计算值，是的函数，为覆盖层材料渗透系数的组合，用向量表示；K_i和K_j为第i和第j种材料的渗透系数；a_i、b_ij、c_i和C为响应面方程的系数；n为需要率定渗透系数的材料数量；

根据不同渗透系数组合对应的渗压计算值，通过回归分析确定渗压计算值的响应面方程(1)的系数a_i、b_ij、c_i和C；

6)利用渗压计算值的响应面方程(1)和由渗压计测得的渗压实测值，建立如下渗透系数反演分析的目标函数：

式中，为目标函数，是的函数；为第k种工况下第i个测点的渗压计算值的响应面方程，为相应的渗压实测值；和分别为第j种材料渗透系数的上、下限；m、n、l分别为工况数、需要率定渗透系数的材料数量和测点数；

7)采用LINGO软件搜索使(2)式目标函数值最小且(3)式成立的渗透系数组合，反演分析结束。

2.如权利要求1所述的水闸闸基覆盖层渗透系数反演分析方法，其特征在于，所述的有限元计算模型是利用ANSYS软件来建立的，该有限元计算模型包含闸底板、下游护坦、闸基防渗结构、闸基覆盖层及下部岩床；护坦中的排水孔通过增大相应位置处单元的渗透系数的方式模拟；

模型自闸底板上游端向上游延伸至少50m，自下游护坦末端向下游延伸至少50m，自覆盖层底部向下延伸至少30m。

3.如权利要求2所述的水闸闸基覆盖层渗透系数反演分析方法，其特征在于，在利用ANSYS软件的热分析模块计算闸基渗流分析时：采用PLANE55热分析单元离散有限元模型，模型上下游边界及底部边界为对应用绝热边界模拟的不透水边界，水头用温度模拟，模型顶部边界水头取相应上、下游水头；水头及边界条件不变，只改变覆盖层材料的渗透系数。

4.如权利要求1所述的水闸闸基覆盖层渗透系数反演分析方法，其特征在于，在通过正交试验设计进行渗透系数的组合时，每种材料的渗透系数取3个值μ、μ(1-kδ)、μ(1+kδ)，其中μ为渗透系数的均值，δ为渗透系数的变异系数，k为系数，然后根据正交试验表，对所选材料的所有渗透系数进行组合。