【摘要】：跨流域調(diào)水工程具有線路長(zhǎng)、涉及面廣、影響因素眾多的特點(diǎn)，一些渠道不可避免地要穿越采空區(qū)地表。渠道滲漏、采空區(qū)等因素很容易導(dǎo)致渠道工程產(chǎn)生開(kāi)裂、失穩(wěn)等破壞現(xiàn)象，對(duì)渠道的正常運(yùn)行以及養(yǎng)護(hù)和維修，構(gòu)成嚴(yán)重的潛在危險(xiǎn)和安全隱患。目前，對(duì)渠道這類有水滲透建筑物的研究，多是將滲流場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)相割裂，未能反映二者之間的耦合作用，并且地質(zhì)模型都進(jìn)行了不同程度的簡(jiǎn)化處理，，難以全面、真實(shí)的反映復(fù)雜地質(zhì)特征。在滲流場(chǎng)模擬方面，主要采用經(jīng)驗(yàn)公式-達(dá)西定律，或利用溫度場(chǎng)與滲流場(chǎng)等效的原理，同時(shí)浸潤(rùn)面的定位廣泛采用的方法是有限元固定網(wǎng)格法，直到近年來(lái)計(jì)算流體力學(xué)因其對(duì)流項(xiàng)處理方法比較成熟的特點(diǎn)，才逐漸被學(xué)者應(yīng)用于滲流場(chǎng)模擬中。因此，開(kāi)展采空區(qū)上覆渠道工程滲流應(yīng)力耦合分析理論與應(yīng)用的研究具有重要的理論與現(xiàn)實(shí)意義。本文在概括總結(jié)已有成果的基礎(chǔ)上，主要研究和探討了以下三方面的內(nèi)容： （1）從計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)的基本理論出發(fā)，建立了基于耦合VOF方法的Navier-Stokes方程的渠道三維滲流場(chǎng)分析數(shù)學(xué)模型。采用有限體積法進(jìn)行通用方程的離散，并將模型應(yīng)用于渠道及其周邊地下水運(yùn)動(dòng)的三維數(shù)值模擬中。研究結(jié)果表明在渠道滲流分析中采用VOF法進(jìn)行渠道滲流模擬求解浸潤(rùn)面具有很高的精度且計(jì)算工作量較小，為利用該方法進(jìn)行實(shí)際工程滲流計(jì)算提供技術(shù)支持。 （2）從廣義多場(chǎng)耦合的基本理論出發(fā)，提出了渠道工程三維滲流應(yīng)力耦合分析理論及數(shù)學(xué)模型。基于渠道工程地質(zhì)信息三維統(tǒng)一模型，在準(zhǔn)確模擬研究區(qū)域內(nèi)地質(zhì)體分層、斷層等地質(zhì)巖體空間展布的基礎(chǔ)上，建立了渠道工程三維滲流應(yīng)力耦合分析數(shù)值模擬模型。通過(guò)自編腳本解決了耦合模型中滲流場(chǎng)與應(yīng)力場(chǎng)模擬這兩套非匹配網(wǎng)格之間的數(shù)據(jù)傳遞問(wèn)題，同時(shí)在考慮巖土體非線性特征的條件下，應(yīng)用有限元方法開(kāi)展了渠道在下伏采空區(qū)、滲漏等多種因素影響下的變形機(jī)理、變形特征的研究。研究結(jié)果對(duì)確保調(diào)水工程渠道長(zhǎng)期安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重要的指導(dǎo)意義。 （3）從參數(shù)靈敏度分析的基本理論與方法出發(fā)，將定量全局靈敏度分析方法-擴(kuò)展傅里葉幅度靈敏度檢驗(yàn)法（Extended Fourier Amplitude Sensitivity Test）引入到渠道滲流應(yīng)力耦合模型的參數(shù)靈敏度分析中。在合理定義參數(shù)概率分布情況的前提下，開(kāi)展渠道滲流應(yīng)力耦合模型參數(shù)的全局靈敏度分析，結(jié)合各參數(shù)的一階及總體全局靈敏度系數(shù)，甄別對(duì)模型輸出結(jié)果影響較大的輸入?yún)?shù)，為類似工程的設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)。
【圖文】：

采空區(qū)覆巖變形破壞分帶示意圖

上覆渠道工程移動(dòng)變形分析
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TV223.4

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2527105