[發明專利]一種適用于高拱壩谷幅變形的數值模擬方法

在審

• 申請號: 202010547285.6
• 申請日: 2020-06-16
• 公開（公告）號: CN111797443A
• 公開（公告）日: 2020-10-20
• 發明（設計）人: 徐衛亞;程志超;孟慶祥;閆龍;王環玲;劉士奇
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: G06F30/10
• 分類號: G06F30/10;G06F30/23;G06F111/10;G06F113/08;G06F119/14
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

本發明公開了一種適用于高拱壩谷幅變形的數值模擬方法，首先獲取壩區地層信息，確定地形地貌及巖層分布信息，建立壩區幾何模型；其次對非連續的結構面建立嵌入式離散裂縫模型，并采用正交網格對幾何模型進行網格劃分；然后對蓄水過程線進行分段線性擬合，確定水荷載的動態施加過程；在考慮水對巖體材料的劣化效應的基礎上對軟弱結構面的物理力學參數進行修正；最后，對蓄水過程進行嵌入式離散裂縫和擴展有限元模型的聯合求解，實現對蓄水期高拱壩谷幅變形的模擬。本發明在網格剖分時不必考慮斷層以及錯動帶的形態，使得網格剖分時的復雜程度大大降低；其次，可以有效的從結構面變形的角度模擬蓄水期高拱壩谷幅變形的產生。

技術領域

本發明涉及水利水電工程領域，具體涉及一種適用于高拱壩谷幅變形的數值模擬方法。

背景技術

斷層、層間及層內錯動帶在地層中廣泛分布，幾乎所有的水利水電工程都存在不同規模的軟弱結構面。谷幅變形是在特定的地質背景下，由于水庫蓄水引起的山體區域性地向河床變形的現象，而且這種變形是一個動態累積的過程。目前針對谷幅變形的研究涌現出不同的研究方法，主要圍繞兩方面展開：(1)回歸與反演；(2)從載荷的角度進行分析，不考慮軟弱結構面的變形。雖然能夠解釋谷幅變形現象，但是內在的機理解釋的不夠清楚。高拱壩蓄水河谷出現較大幅值的谷幅變形或許跟蓄水導致的軟弱結構面的屈服變形有關。因此，有必要從非連續的結構面錯動變形的角度揭示谷幅變形現象產生的原因。

軟弱結構面為具有一定開度的高滲透帶，需進行精細的網格劃分，模擬計算量巨大。因此，在谷幅變形數值模擬中，亟待尋找一種既能降低網格劃分難度，又能較好的模擬非連續的結構面錯動變形方法。

發明內容

發明目的：為了從結構面錯動變形的角度揭示高拱壩谷幅變形的機理，并克服現有的數值計算中軟弱結構面網格劃分困難的問題，本發明提出一種適用于高拱壩谷幅變形的數值模擬方法。

技術方案：一種適用于高拱壩谷幅變形的數值模擬方法，包括如下步驟：

一種適用于高拱壩谷幅變形的數值模擬方法，包括如下步驟：

(1)獲取壩區地層信息，確定地形地貌及巖層分布信息，建立壩區幾何模型；

(2)對非連續的結構面建立嵌入式離散裂縫模型，并采用正交網格對幾何模型進行網格劃分；

(3)對蓄水過程線進行分段線性擬合，確定水荷載的動態施加過程；在考慮水對巖體材料的劣化效應的基礎上對軟弱結構面的物理力學參數進行修正；所述軟弱結構面包括斷層、層間及層內錯動帶；

(4)對蓄水過程進行嵌入式離散裂縫和擴展有限元模型的聯合求解，實現對蓄水期高拱壩谷幅變形的模擬。

進一步的，步驟(1)包括如下內容：

(1.1)所述巖層分布信息包括斷層、層間及層內錯動帶的分布情況；

(1.2)根據工程實際地質報告，獲取地層的物理力學參數。

進一步的，步驟(2)具體包括如下內容：

(2.1)所述非連續的結構面包括斷層、層間及層內錯動帶；

(2.2)對斷層、層間、層內錯動帶采用嵌入式離散裂縫模型，表征結構面對滲流場和應力場的影響；

(2.3)根據幾何模型區域的大小，確定各方向的網格尺寸和數量，采用正交網格對幾何模型進行剖分，實現對計算區域的空間離散。

進一步的，所述步驟4具體包括如下內容：

(4.1)采用有限體積法(FVM)計算滲流方程，進行滲流情況的真實模擬；所述滲流情況包括基質滲流和裂隙滲流。

(4.2)根據邊界載荷和位移的連續性條件，實現嵌入式離散裂縫模型和擴展有限元模型的耦合；