基于ANSYS的大伙房水库土坝渗透系数反演

佟晓娜

(辽宁省大伙房水库管理局，辽宁抚顺 113007)

1 概述

由于大坝边界条件的复杂性和坝体、坝基渗流的非均匀性，用渗流基本方程计算成果难以与大坝实际运行情况相一致，因此有必要通过渗流监测资料反演其渗透系数。即在渗流资料分析基础上，选取一段库水位相对稳定时间的大坝渗流监测资料，开展大坝稳定渗流反演分析。本文根据温度场和渗流场的相似性，利用有限元分析软件ANSYS的热分析功能计算土石坝渗流问题，通过ANSYS的优化设计功能，建立了基于ANSYS的渗透系数反演模型，反演得到大坝稳定渗流后的心墙料的渗透系数。

2 工程概况

大伙房水库是我国“一五”期间修建的重点水利工程，具有防洪、供水、灌溉、养鱼、发电等多种功能，是新中国成立后我国第一座自行设计、自行施工的大型水利枢纽工程。

水库主坝为碾压式黏土心墙坝，心墙顶部宽度为2.25 m，心墙底部宽度为15.0 m，心墙顶部高程为136.8 m。黏土心墙底部为混凝土截水墙，底座宽1.0 m，墙底宽0.7 m，顶宽0.5 m，墙身高2.0 m。坝顶宽8 m;坝顶高程139.8 m，防浪墙顶部高程141.0 m。

3 稳态温度场与稳定渗流场的相似性

土石坝渗流基本微分控制方程如下:

式中:H为总渗透水头;kx，ky，kz为以 x，y，z轴为主方向的渗透系数;μs=ρg(α+nβ)为单位贮水量或贮存率。

稳态热传导基本微分控制方程如下:

式中:T 为温度;kx，ky，kz为以 x，y，z轴为主方向的介质热传导率;ρQ是热容量。

通过式(1)与式(2)比较可以看出，土体渗流问题与温度场问题的控制方程非常相似，只需要将温度场介质换成土体介质，相应的参数换为求解渗流场的参数，因此温度场和渗流场是相似的。……