[发明专利]一种地下管廊渗漏量的预测方法

权利要求书

1.一种地下管廊渗漏量的预测方法，其特征在于，包括：

根据管廊不同区段建立断面渗流概念模型；

根据所述断面渗流概念模型和管廊参数建立断面渗流数值模型；

根据所述断面渗流数值模型，计算管廊的渗漏量；

所述管廊参数至少包括围岩的平均水头、围岩的渗透率、围岩的渗透系数、固结灌浆的渗透率、固结灌浆的渗透系数；

所述根据所述断面渗流概念模型和管廊参数建立断面渗流数值模型，包括：

二维渗流的基本微分方程式及其边界条件如下：

初始条件：h(x,z,0)＝h₀(x,z)，边界条件：水头边界流量边界

上式为考虑土体压缩的非稳定渗流运动方程，当不考虑压缩性时，Ss＝0，则式(1)变为：

若渗透系数Kx＝Kz＝K，式(2)即变为拉普拉斯方程；

渗流场常遇到两种边界条件，第一类边界Γ₁为已知边界水头值，第二类边界Γ₂为已知或计算出的边界流量值，不透水边界属第二类的特例，即为

应用有限单元法求解，首先要把研究的渗流场划分成很多个单元，常用者为三角形单元，单元内任意点的水头，写成矩阵形式为：

式中N只是坐标X，z的函数，称为形状函数；三角形单元的面积为Δ，其次求单元内水头函数的导数为：

由式(3)求其对时间的导数，得：

利用式(3)(4)(5)，并分别对单元三个结点水头求泛函的微商，经过一系列推演可得：

把由式(6)求得各单元泛函的微商相加，并使其等于零求极小值，就得到整个流场的泛函对各结点水头求导数的方程组，即

式中n为结点的总数；表示对所有的单元求和，将上面的方程组写成矩阵形式，为

式中{F}为形成总矩阵时，由已知结点值所得的常数项的列向量，若用差分表示时间项时，则得

此式是对于一般非稳定渗流最后要求解的线性代数方程组；

稳定渗流即矩阵[S]、[P]项都等于零，则求解方程组变为

[K]{h}+{F}＝0 (10)

上面均为与未知结点数n相同数目的线性代数方程式，[K]为n×n的方阵，{h}为未知结点水头列向量，{F}为常数列向量；

在求得流场的水头分布后，可计算通过任意断面的渗漏量。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

根据管廊的围岩类型划分管廊区段。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述断面渗流数值模型为二维单宽模型，该模型包括围岩和固结灌浆。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

根据地下水位线与围岩类型分布，确定所述围岩的平均水头；

根据围岩类型确定所述围岩的渗透率和所述围岩的渗透系数；

根据固结灌浆情况确定所述灌浆段的渗透率和所述固结灌浆的渗透系数。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

根据所述断面渗流数值模型，确定各区段围岩的稳定渗流的孔压分布和渗流速度分布。

6.根据权利要求1或5所述的方法，其特征在于，

根据各区段的渗流速度和管廊内壁周长、各区段围岩长度，计算各区段的渗漏量；

各区段的渗漏量之和为所述管廊的整体渗漏量。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述根据各区段的渗流速度和管廊内壁周长、各区段围岩长度，计算各区段的渗漏量，包括：

区段的渗漏量＝区段的渗流速度×管廊内壁周长×区段围岩长度。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

渗流过程中地下水位保持不变且不考虑二次衬砌的防水。