[發(fā)明專利]基于軟塑黃土隧道雙排式群井降水模型的滲流模擬方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011285980.6
• 申請(qǐng)日: 2020-11-17
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112364543A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-02-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 宋浩;張曉宇;畢煥軍;曹峰;周泉;夏萬(wàn)云
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司
• 主分類號(hào): G06F30/23
• 分類號(hào): G06F30/23;G06F17/11
• 代理公司: 西安新思維專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 61114
• 代理人: 李罡

本發(fā)明涉及一種基于軟塑黃土隧道雙排式群井降水模型的滲流模擬方法，以軟塑黃土作為試驗(yàn)對(duì)象，依據(jù)水文地質(zhì)參數(shù)、工程地質(zhì)參數(shù)，建立三維軟塑黃土地質(zhì)體并離散網(wǎng)格；以黃土作為彈性材料，有限元網(wǎng)格單元特征分析和滲流模型計(jì)算格式建立；考慮不同降水條件下的網(wǎng)格穩(wěn)態(tài)井模型及地下水位變化；對(duì)建立的地下水滲流與雙排式降水井耦合模型進(jìn)行求解，并對(duì)不同涌水量、滲透系數(shù)進(jìn)行地下水位參數(shù)敏感性分析。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及地下水滲流模擬技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于軟塑黃土隧道雙排式群井降水模型的滲流模擬方法。

背景技術(shù)

目前，在有限元方法建立軟塑黃土降水模型的滲流模擬過(guò)程具有以下問(wèn)題：

1、測(cè)試方法多是采用室內(nèi)試驗(yàn)，或是野外試驗(yàn)深度不足，難以準(zhǔn)確模擬軟塑黃土地區(qū)地下水的滲流過(guò)程。

2、對(duì)軟塑黃土地區(qū)勘察期間的成果缺乏分析，難以上升到機(jī)理層面，進(jìn)而對(duì)地下水的影響變化認(rèn)識(shí)不清。

3、目前對(duì)滲流作用下軟塑黃土地區(qū)的變化缺乏系統(tǒng)分析，由于研究者僅限于某一層面的分析，難以準(zhǔn)確描述完整的自然滲流、排水、降水、水位恢復(fù)全過(guò)程，對(duì)不同黃土地區(qū)的地下水運(yùn)動(dòng)特征缺乏系統(tǒng)研究。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種基于軟塑黃土隧道雙排式群井降水模型的滲流模擬方法，應(yīng)用有限元方法建立軟塑黃土隧道的三維模型，模擬軟塑黃土地層降水條件下地下水的動(dòng)態(tài)特征，為軟塑黃土隧道施工措施提供理論支撐。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為：

基于軟塑黃土隧道雙排式群井降水模型的滲流模擬方法，其特征在于：

所述方法包括以下步驟：

S1、以軟塑黃土作為試驗(yàn)對(duì)象，依據(jù)水文地質(zhì)參數(shù)、工程地質(zhì)參數(shù)，建立三維軟塑黃土地質(zhì)體并離散網(wǎng)格；

S2、以黃土作為彈性材料，有限元網(wǎng)格單元特征分析和滲流模型計(jì)算格式建立；

S3、考慮不同降水條件下的網(wǎng)格穩(wěn)態(tài)井模型及地下水位變化；

S4、對(duì)建立的地下水滲流與雙排式降水井耦合模型進(jìn)行求解，并對(duì)不同涌水量、滲透系數(shù)進(jìn)行地下水位參數(shù)敏感性分析。

步驟S2包括以下步驟：

彈性材料的線彈性分析中使用的基本方程中的平衡方程式如下：

Ku＝p (1)

式中符號(hào)定義：K為結(jié)構(gòu)的剛度矩陣，u為位移向量，p為荷載向量或不平衡力向量；

以彈性材料作為模型基礎(chǔ)，在荷載作用下產(chǎn)生的總應(yīng)變包括彈性應(yīng)變和塑性應(yīng)變：

ε＝ε^e+ε^p (2)

式中符號(hào)定義ε為總應(yīng)變，ε^e為彈性應(yīng)變，ε^p為塑性應(yīng)變；

應(yīng)力由應(yīng)變變化率的彈性部分決定，即標(biāo)準(zhǔn)塑性本構(gòu)方程：

dσ＝D^e(dε-dε^p)＝D^e(dε-dλa) (3)

式中，D^e為彈性剛度矩陣，微小的應(yīng)變變化率如下：

dσ＝Cdε-dλCa (4)

采用牛頓-拉普森方法進(jìn)行迭代計(jì)算，使用協(xié)調(diào)剛度矩陣加快收斂速度：

且，