工程渗流分析与控制

目录
序
前言
第1章 绪论 1
1.1 渗透与渗流 1
1.1.1 渗透 1
1.1.2 渗流 1
1.2 工程渗流控制的意义 2
1.2.1 混凝土(浆砌石)坝安全与渗流 2
1.2.2 土石坝安全与渗流 9
1.2.3 边坡稳定与渗流作用 18
1.3 工程渗流分析与控制的目的 24
1.3.1 工程渗流分析的目的 24
1.3.2 工程渗流控制的目的 25
第2章 多孔介质的渗流特性及理论 35
2.1 渗流及其基本特性 35
2.1.1 基本概念 35
2.1.2 达西定律 37
2.1.3 广义达西定律 40
2.1.4 流网 40
2.2 饱和多孔介质的渗流理论 42
2.2.1 微分控制方程 42
2.2.2 定解条件 45
2.3 饱和-非饱和多孔介质的渗流理论 49
2.3.1 非饱和渗流基本特性 49
2.3.2 多孔介质的非饱和渗流特性的确定方法 53
2.3.3 微分控制方程与定解条件 54
第3章 渗透参数的试验确定 57
3.1 饱和多孔介质渗流参数室内试验 57
3.1.1 试验原理 57
3.1.2 试验装置 58
3.1.3 试验记录及说明 59
3.2 非饱和多孔介质渗流参数室内试验 60
3.2.1 试验装置 60
3.2.2 试验原理 61
3.2.3 试验步骤 62
3.3 现场常规压水试验 63
3.3.1 试验原理 63
3.3.2 试验过程 63
3.3.3 试验结果分析 64
3.4 现场三段压水试验 65
3.4.1 基本理论 65
3.4.2 压水试验设备 66
3.4.3 野外试验过程 68
3.4.4 现场压水试验反分析 69
3.5 现场交叉孔压水试验 72
3.5.1 基本理论 72
3.5.2 试验实例 74
3.6 渗透变形参数试验 76
3.6.1 试验装置 76
3.6.2 试验过程 77
3.6.3 试验结果分析 78
3.6.4 试验案例 79
第4章 多孔介质渗流场有限元分析 85
4.1 有限元法基本理论 85
4.1.1 插值函数及等参单元 85
4.1.2 有限元法的求解步骤 86
4.1.3 有限元网格生成技术 87
4.2 变分原理及其应用 93
4.2.1 泛函与变分原理 93
4.2.2 变分原理应用 97
4.3 有限元方程的推导及求解 99
4.3.1 有限元方程的推导 99
4.3.2 时间差分格式及稳定性 102
4.3.3 有限元方程的求解 104
4.4 有自由面渗流问题的求解 106
4.4.1 变网格法 106
4.4.2 固定网格法 107
第5章 渗流量计算方法 118
5.1 中断面法 118
5.2 等效节点流量法 119
5.3 任意断面插值网格法 122
5.3.1 计算方法 122
5.3.2 计算流程 124
5.4 计算方法比较 128
5.4.1 中断面法与等效节点流量法比较 128
5.4.2 中断面法与任意断面插值网格法比较 130
第6章 裂隙岩体的渗流特性及理论 132
6.1 裂隙岩体渗流理论 132
6.1.1 单一裂隙渗流理论 132
6.1.2 交叉裂隙渗流理论 133
6.2 裂隙岩体渗流分析模型 134
6.3 裂隙岩体等效连续介质模型 136
6.3.1 等效连续介质模型理论 137
6.3.2 裂隙介质等效渗透张量 138
6.4 裂隙岩体双重介质模型 140
6.4.1 裂隙-孔隙双重介质模型的建立 140
6.4.2 双重介质试验方法 141
6.4.3 应用改进粒子群算法建立裂隙-孔隙双重介质水交换数学模型 153
6.5 岩溶与裂隙渗流特性 156
6.5.1 岩溶与裂隙交叉水力特性试验 156
6.5.2 改进折算渗透系数法 166
第7章 渗流控制及其数值模拟方法 172
7.1 工程防渗措施 172
7.1.1 防渗帷幕、防渗墙和截渗墙 172
7.1.2 心墙、斜墙（面板）、斜心墙 174
7.1.3 土工膜 175
7.2 工程排水措施 175
7.2.1 贴坡、棱体、褥垫、管式及综合式排水 175
7.2.2 盲沟排水 177
7.2.3 排水孔（幕）179
7.2.4 井（群）、辐射井 180
7.3 渗流控制措施的模拟方法 182
7.3.1 排水子结构法 183
7.3.2 以缝代井列法 183
7.3.3 空气单元法 184
7.3.4 复合单元法 184
7.3.5 等效模拟方法 184
第8章 渗流条件下多场耦合分析方法 186
8.1 渗流-应力耦合 186
8.1.1 渗流-应力耦合的概念 186
8.1.2 渗流-应力耦合的分析方法 186
8.2 渗流-应力-温度耦合 191
8.2.1 渗流-应力-温度耦合的概念 191
8.2.2 渗流-应力-温度耦合的数学模型 191
8.3 基于损伤理论的耦合模型 192
8.3.1 概念及假设 192
8.3.2 渗流-应力-损伤耦合模型的控制方程 193
8.3.3 损伤引起岩土体渗透性演化的渗流模型及其算例 194
8.3.4 渗流-应力-温度-损伤耦合模型 199
8.4 算例 201
8.4.1 三峡混凝土重力坝 201
8.4.2 两河口土心墙堆石坝 203
第9章 渗流场反演分析方法 211
9.1 反演分析方法 211
9.1.1 基本求解方法 211
9.1.2 优化方法 214
9.2 渗流参数反演分析方法 216
9.2.1 复合形法 216
9.2.2 脉冲谱法 218
9.2.3 数值优化法 218
9.2.4 遗传神经网络法 220
9.2.5 随机反演方法 221
9.3 渗流场反演分析 223
9.3.1 渗流场反演问题 223
9.3.2 渗流场反演分析流程 223
9.3.3 可变容差法 225
9.4 工程算例 227
9.4.1 计算模型及参数 227
9.4.2 天然地下水渗流场分析 228
第10章 渗流分析常用有限元分析软件 231
10.1 GeoStudio软件 231
10.1.1 软件简介 231
10.1.2 渗流分析模块 232
10.1.3 算例分析 233
10.2 Midas GTS软件 239
10.2.1 软件简介 239
10.2.2 渗流分析模块 239
10.2.3 算例分析 240
10.3 ABAQUS软件 243
10.3.1 软件简介 243
10.3.2 渗流分析模块 243
10.3.3 算例分析 246
10.4 ADINA软件 252
10.4.1 软件简介 252
10.4.2 渗流分析模块 253
10.4.3 算例分析 254
第11章 土石（堤）坝渗流分析与控制 258
11.1 堤坝 258
11.1.1 工程概况 258
11.1.2 计算模型及条件 258
11.1.3 计算结果及分析 260
11.1.4 小结 265
11.2 均质坝 265
11.2.1 工程概况 265
11.2.2 计算模型及条件 266
11.2.3 计算结果及分析 268
11.2.4 小结 269
11.3 沥青心墙坝 272
11.3.1 工程概况 272
11.3.2 计算模型及条件 272
11.3.3 计算结果及分析 276
11.3.4 小结 282
11.4 土质心墙坝 282
11.4.1 工程概况 282
11.4.2 计算模型及条件 282
11.4.3 缺陷的模拟方法 286
11.4.4 计算结果及分析 286
11.4.5 小结 292
11.5 面板坝 293
11.5.1 工程概况 293
11.5.2 计算模型及条件 294
11.5.3 正常工况下坝体渗流场特性分析 297
11.5.4 面板缝止水局部失效情况下渗流场特性分析 299
11.5.5 小结 307
11.6 连接结构 307
11.6.1 工程概况 307
11.6.2 计算模型及条件 308
11.6.3 计算结果及分析 311
11.6.4 小结 315
第12章 混凝土（砌石）坝渗流分析与控制 316
12.1 碾压混凝土重力坝 316
12.1.1 工程概况 316
12.1.2 计算模型及条件 317
12.1.3 计算结果及分析 320
12.1.4 小结 323
12.2 混凝土拱坝 325
12.2.1 工程概况 325
12.2.2 计算模型及条件 326
12.2.3 计算结果及分析 331
12.2.4 小结 338
12.3 地下厂房洞室 339
12.3.1 工程概况 339
12.3.2 计算模型及条件 340
12.3.3 计算结果及分析 343
12.3.4 小结 348
12.4 浆砌石坝 348
12.4.1 工程概况 348
12.4.2 计算模型及条件 350
12.4.3 计算结果及分析 354
12.4.4 小结 360
第13章 闸坝、基坑渗流分析与控制 361
13.1 水闸 361
13.1.1 工程概况 361
13.1.2 计算模型及条件 362
13.1.3 计算结果及分析 364
13.1.4 小结 367
13.2 闸坝 367
13.2.1 工程概况 367
13.2.2 计算模型及条件 368
13.2.3 计算结果及分析 371
13.2.4 小结 376
13.3 河床基坑 376
13.3.1 工程概况 376
13.3.2 计算模型及条件 377
13.3.3 计算结果及分析 378
13.3.4 小结 380
13.4 河滩覆盖层基坑 382
13.4.1 工程概况 382
13.4.2 计算模型及条件 382
13.4.3 计算结果及分析 384
13.4.4 小结 387
第14章 边坡、地下工程渗流分析与控制 388
14.1 导流洞出口边坡 388
14.1.1 工程概况 388
14.1.2 计算模型及条件 388
14.1.3 降雨工况下2#桩变形体渗流场分析 392
14.1.4 小结 399
14.2 高速公路边坡 400
14.2.1 工程概况 400
14.2.2 计算模型及条件 400
14.2.3 计算结果及分析 403
14.2.4 小结 410
14.3 地下厂房围岩