请问：心墙堆石坝的自由面问题

cj_hmily

我用Seep/w计算了一个心墙堆石坝的渗流自由面，并用ansys的APDL语言编写的迭代程序进行了计算（迭代算法与Seep/w算法相似），两者计算结果吻合较好（如下图）。令我困惑的是为什么计算的自由面跌落段在心墙里面（紧贴心墙下游面），根据相关规范及教科书应该在反滤层里，希望做过类似计算的同行赐教，最好能将你们的计算结果贴出来一起讨论。
E:\cj\new method for seepage analysis with free surface\all.jpg

basara

贴个软件自带的心墙算例的结果图片供参考

cj_hmily

谢谢回复，你给的结果自由面也是在心墙里面，相关规范和教科书上给的心墙坝的自由面应该是在心墙下游面有一个逸出点，进入反滤层，然后是跌落段。如下图（参见土石坝工程经验与创新第557页，顾淦臣等著，中国电力出版社，2004年12月第一版），这该如何解释呢？我看很多文献包括国际期刊上的文献的计算结果自由面也是在心墙里面，如何才能算出下图所示的结果？
D:\Documents and Settings\Administrator\My Documents\My Pictures\2007-11 (十一月)\2.jpg

basara

没有深入研究过，觉得是两方面的原因，一个是心墙与反滤层渗透系数对自由面形状影响较大，另一个应该是边界条件的给定。
可否做做数值试验，输入不同的参数和边界试试，统计下结果。

lxq99005

我计算的也是高土石坝心墙的渗流，和你算的结果差不多，但是就浸润线紧贴下游心墙边坡，可能就是渗透系数的问题了，至于你说的跌落应该在反虑层的话，我个人认为是反虑层和心墙的渗透系数相差较大，水流被心墙所阻挡，反虑层就只起到一个排水和防止细颗粒被带走的作用了！下游堆石区和下游反虑层和过滤层里面的饱和区就不是很宽,我到想看看你计算的流网图是什么样子，还有计算出来的心墙坡降和允许坡降之间相差多少，还有你计算的心墙处是三角形单元还是四边形单元，这些应该与浸润线的位置变化有关系！不知道我说的对不对，也请高手多多指点下!
有问题可以多多交流，QQ 252918242

cj_hmily

请问：你算的自由面结果是什么样子，也是在心墙里面吗？能否帖出来看看。我们做渗流自由面计算不是为了指导设计，所以并没有关心流网和心墙坡降，主要是希望计算出来的结果跟规范一致。心墙用的是四边形单元，我觉得跟单元形状关系不大，跟反虑层和心墙的渗透系数的比值关系也不大，我做过比较：当反虑层渗透系数分别是心墙渗透系数的100倍、1000倍、10000倍时自由面的形状差不多。计算结果跟指定的渗透系数与孔隙压力的关系有很大关系。

lxq99005

我算的结果有很多种，但是曾经出现过你的这样情况，心墙浸润线的溢出仅仅在下游坡，反虑层以后的浸润线几乎是水平的！
我的坝比较高，正常水位也比较高，心墙也是四边形的，反虑层的渗透系数和心墙的相差1000倍，堆石体和心墙相差100000倍。我试算了很多工况，心墙是四边形和三角形浸润线差别还是比较大的（可能是与坝高或者高水位有关系吧），你的不是用来指导设计的，但还是要自己能解释得通哦，你的计算资料从哪里来呢，是自己任意假设的啊？不和设计院给的东西比较，怎么自己算错没有呢，而且现在一般书上都几乎讲的是饱和状态，那非饱和状态应该有区别的，而且我问了一些高手，自己看看自己的流网是不是符合一般规律啊，通过坡降的比较等多方面来看自己计算的东西，才知道合理不合理。
我用三个软件同时计算出来的东西几乎一样，但是我老板还是说没有见过我计算的这种情况，还是没有明确的答复，自然也就没有合理的解释，我也一直郁闷中！

cj_hmily

        设计院给的心墙渗透比降平均值为1.5左右，我算的心墙渗透比降大部分在1～2之间，应该算是相符，流量也跟设计院给的结果差不多。下面是流网图，我觉得还是比较合理的，请帮我看看，毕竟不是搞这行的，不专业。我们做这个计算主要是想看看自由面到底是在心墙里面还是反滤层里，好指导实验。你算的结果当中，有从心墙下游面逸出，进入反滤层，然后是跌落段的这种情况吗？也就是说跌落段在反滤层里而不是在心墙里。
E:\cj\new method for seepage analysis with free surface\流网.jpg

lxq99005

这种情况我没有遇见过哦，也不能帮你解释，但是你说设计院给的降平均值为1.5左右，你算的心墙渗透比降大部分在1～2之间，他们给的值是Y 方向还是X方向、还是XY方向的呢？你算的平均值在SEEP/W用什么显示的呢？
我看了你的坝好像有300高，也算是高水位了，我想心墙的浸润线位置和心墙的土水特征曲线有很大的关系，而一般设计院一般不给土水特征曲线，若是自己按照软件里面的模型来预测估计的话，可能会存在出入，会不会导致浸润线位置变化那么大（象你说的在反虑层跌落），我也不是很清楚了，考虑多种因素可能更为实际，论坛里面有很多高手的，也希望他们进来给点意见！

changqing

浸润线在心墙里面还是反滤层里，取决于心墙的宽度和上下游坡度。当心墙上下游坡度很陡、心墙较窄时，浸润线在心墙背坡逸出点就很高，逸出后，迅速降落，而与反滤层没有关系。
大家可以换一个角度思考，如心墙渗透系数远低于坝壳，心墙上下游水位，与坝体上下游水位很接近，可以将心墙当作一个均值坝，附图为均质坝的浸润线计算公式，逸出点高度取决于几何尺寸和上下游水头。逸出点高，浸润线在心墙里就短，反之亦然。

[ 本帖最后由 changqing 于 2007-12-4 23:31 编辑 ]

cj_hmily

设计院给的是XY方向的，我算的1~2之间不是平均值，是心墙XY方向的坡降值的大致范围，也就是说平均值差不多就是1.5左右。土水特征曲线是自己取的，计算结果跟它确实有很大关系。

to changqing：如果只考虑心墙，上游加个高水头，下游加个低水头，在心墙下游面确实有个逸出点，甘油模型大家应该都算过，下游3.25m高程处有个逸出点，如果在下游再加一层强透水性材料的话，尽管渗透系数很大，其在下游的逸出点高程就变成下游水位了，如图，这跟心墙下游有一层反滤类似。我觉得是自由面上下材料的渗透系数突变的结果，自由面才会在同种材料里发生如此大的偏转。如果把土水特征曲线改得平缓些，自由面也变光滑了，我试了很多种取法，就是算不出想要的结果。

lxq99005

to :cj_hmily (hmily)
你计算的结果等势线在下游堆石区没有数值，那你能把你的压力水头等直线（并标上数值）传上来吗？

lxq99005

TO :basara  
你贴的软件自带的例子是不是2007版本里面的啊
我的2004里面的怎么没有呢？谢谢！
贴的那个例子对我的启发很大呢
能不能把这个列子打包传给我一下啊！多谢多谢！！
QQ :252918242

wym247

受益颇多啊

basara

是07的算例，留个信箱我发你吧，qq没有的说。