地下厂房渗控措施：有限元分析与排水孔渗流特性

"地下厂房渗控措施有限元分析" 在地下厂房建设中，由于其通常深埋于山体内，面临复杂的地下水环境，因此需要采取有效的渗控措施以保证工程的安全稳定。曹纪刚的研究针对这一问题，运用无压渗流场结点虚流量法与改进的排水子结构技术进行有限元分析，探讨了防渗排水系统的设计和性能。 无压渗流场结点虚流量法是一种用于解决无压流问题的数值方法，它通过对结点处虚拟流量的处理来推算整个渗流场的水头分布。结合改进的排水子结构技术，可以更精确地模拟密集排水孔的渗流水力行为，这对于模拟地下厂房中孔径小、孔距密、孔深大的排水孔幕至关重要。这些排水孔不仅影响渗流场的边界条件，也对水头分布有显著影响。 文中提及的地下厂房渗控措施主要包括外圈帷幕和内圈排水幕，这种"外堵内排"的设计思路旨在通过帷幕阻止地下水进入，而排水幕则负责将积聚的水分排出。通过有限元分析，研究发现排水幕在保持畅通的情况下，能够有效排泄水分，而防渗帷幕在排水幕的配合下能增强防渗效果，防止地下水对厂房结构的侵蚀。 地下厂房周围的排水廊道和其他小洞室也可能成为渗流逸出面，增加了渗流场求解的复杂性。为了应对这种复杂性，采用了考虑强非均质性和强各向异性特性的渗流模型。具体来说，该模型基于达西定律，应用非均质各向异性多孔隙介质中的稳定渗流连续微分控制方程，以描述岩体渗透特性的差异。 方程(1)描述了渗流场的基本动力学，其中渗透系数张量kij反映了岩体的渗透各向异性，总水头h由位置水头x3和压力水头p/γ组成。边界条件(2)和(3)定义了渗流场的外部边界对流体流动的影响，包括固定水头边界和流速边界。 通过这样的数值模拟方法，曹纪刚对某水电站地下厂房的渗流场进行了详细分析，揭示了防渗帷幕和排水孔幕的防渗排水特性。这些研究成果对于地下厂房渗控措施的设计优化以及工程安全评估具有重要的实践指导意义。