关于土建工程中渗流计算方法的文献综述
摘要：渗流力学是水力学的一个分支，求解工程渗流问题大致分为以下四种方法：解析法、数值计算法、流网法、模型试验法。本文简单介绍上述四种计算方法的应用条件，当前进展，等。
关键词：渗流计算 解析法 数值计算法 流网法 模型试验法
Absreuct
Keyword
流体在孔隙介质中的流动叫做渗流。土建工程中的渗流一般指水的渗流，地下水在多孔介质中流动，由于多孔介质中孔隙、裂隙大小、形状很复杂，地下水质点在其中运动毫无规律，有些地方甚至不连续，所以研究地下水就不能像研究地表水一样直接研究水质点的运动，而只能用统计方法，忽略个别质点的运动，来研究具有平均性质的运动规律。
所谓统计方法，其实就是一种假象水流代替在多孔介质中运动着的真实流体，以通过对假想水流的研究，来达到了解真实水流体平均运动规律的目的。这种假想水流，一方面认为它是连续地充满整个介质空间（包括孔隙空间及骨架占据的空间）。另一方面，认为它通过过水断面的流量与真实水流通过该断面的流量相同；它在断面上的水头及压力与真实水流的水头及压力相等；它在多孔介质中运动时所受的阻力等于真实水流所受的阻力。满足这些条件的假想水流称为渗流。我们把渗流所占据的空间称为渗流场，描述渗流的参数称为渗流运动要素，如压力P , 流速v 及水头H 等等。
有了以上假设，我们就可把地下水在多孔介质中的流动当成连续流体来研究，这就可以避免研究个别空隙中液体质点渗透规律的困难，运用数学这个工具，并继承水力学及流体力学已经成熟的方法；同时研究结果也不失去真实水流的特性。
在对渗流问题模拟研究中，采用过多种模型，常见的物理模型如砂槽型、窄缝槽模型等；电模型及各种数学模型。数学模型和其他模型相比具有许多优点，它不仅能表现出含水层系统复杂的物理结构和不规则的几何形态，适用范围广，通用性强，而且使用方便灵活，对模型的矫正也比较容易。数学模型不仅能描述多孔介质中的流动现象，还能描述多孔介质中物资输运，能量输运及其他一些物理化学现象。
所谓数学模型就是用一些方程式或方程组来描述先生多孔介质中的地下水运动的基本特征，内在联系及外在条件对其运动的制约关系。常见的数学模型分为随机型与确定型两种。
随机模型，出现在模型中的变量是随机的，仅仅知道变量的取值概率，而不能肯定变量所取的确定值。
确定模型，即为模型中各变量之间有严格确定的关系。在工程渗流力学中主要研究的确定模型，如描述地下水流模型，描述多孔介质变形模型及物质输运、能量输运模型等等。
对求解描述某个渗流问题的数学模型，通常有三种方法：解析法；数值法；实验模拟法。
解析法就是用数学物理方法，诸如分离变量法，积分变换等解数学问题的方法求得模型的解析解。由于解析解可以将描述渗流的各种物理量，例如水头、水量及各种参数反映在一个表达式中，这样就可以利用数学分析的方法来研究各个量相互联系与相互制约的内在规律。因此，在可能条件下应尽量应用这种方法来求解数学模型。由于用解析解方法解数学模型所必须的假设条件常常受到相当大
的限制，所以这种方法有很大的局限性，只适用于含水层几何形状规则，方程式简单边界条件较单一的情况。例如，均质各向同性，等厚含水层，渗流区域是圆形或矩形或无限；有定水头补给等等。实际问题往往比这复杂的多，即使对定解条件作了相当的概化假设，往往因解析解中包含复杂的积分项及一些特殊函数，而限制该法的应用，不得不用别的方法去求它的近似解。
2. 数值法
用数值法求得的解称为数值解。它是一种近似解。用数值法求解一般都要借助于电子计算机。它是求解大型地下水流问题的主要方法。这种方法的要点是把整个渗流区分割成若干个形状规则的小块（称为单元）。这些小块可以近似地看成是均质的，因而就容易建立起描述各个单元地下水流动的关系式。把本来是形状不规则的、非均质问题转化为容易计算的形状规则的、均质问题。各个单元可以根据需要选择合适的水文地质参数，单元形状也可以不同。因此把所有单元合在一起就能表现出渗流区域在几何上的不规则形状和在水文地质上的非均质性，代表原来的渗流区。单元划分多少，根据计算结果的精度要求可以任意选择。要求的精度高，分的单元就要多一些，相应的计算工作量就要大一些；反之，可以分的少一些，计算工作也相应的少一些。对于非稳定渗流问题还要把整个计算时间段划分为许多时段，它们的集合就是原来所要研究的时间段。划分多少时间段也和单元的划分一样，可以视需要选择。这时所建立的是描述某时段每个单元地下水流动的关系式。然后通过某种方式把这些关系式集合起来，加上定解条件便成为一个方程组，求解这个方程组便得到原问题原时段的解。这个时段解决了，按划分的时段，一个时段一个时段地算下去，直到把划分的时段全部算完为止。这样未知量（通常是水头H 或降深s ）随时间或空间变化的过程就给模拟出来了。所以这种分析方法的特点就是把全体分割为许多部分，然后由部分得到全体。这种把整体分割成若干单元来处理问题的方法称为离散化方法。这种方法所求得的解只是渗流区中离散点（如各单元的公共顶点或单元的中心点）上未知量满足某种精度要求的近似值。它不能像解析法那样给出未知量在渗流区中任何一点在任何时刻的值。
数值法可以很方便的处理前面解析法中碰到的难以解决的困难。事实上，它对任何复杂的地下水流问题都能给出有足够精度的解。可以应用于水文地质的很多领域，如水位预报、水量计算、水质模拟等。不足之处就是计算工作量一般较大。
实验模拟方法
实验方法是渗流力学中重要的方法。对一些复杂的渗流问题，解析法是很难求得的，这就得用数值法和实验模拟方法，也称为模拟法。
该方法主要就是利用渗流和一些物理现象相似的原理，用相似模型再现渗流过程和渗流的流态，得到渗流规律。
关于土建工程中渗流计算方法的文献综述
摘要：渗流力学是水力学的一个分支，求解工程渗流问题大致分为以下四种方法：解析法、数值计算法、流网法、模型试验法。本文简单介绍上述四种计算方法的应用条件，当前进展，等。
关键词：渗流计算 解析法 数值计算法 流网法 模型试验法
Absreuct
Keyword
流体在孔隙介质中的流动叫做渗流。土建工程中的渗流一般指水的渗流，地下水在多孔介质中流动，由于多孔介质中孔隙、裂隙大小、形状很复杂，地下水质点在其中运动毫无规律，有些地方甚至不连续，所以研究地下水就不能像研究地表水一样直接研究水质点的运动，而只能用统计方法，忽略个别质点的运动，来研究具有平均性质的运动规律。
所谓统计方法，其实就是一种假象水流代替在多孔介质中运动着的真实流体，以通过对假想水流的研究，来达到了解真实水流体平均运动规律的目的。这种假想水流，一方面认为它是连续地充满整个介质空间（包括孔隙空间及骨架占据的空间）。另一方面，认为它通过过水断面的流量与真实水流通过该断面的流量相同；它在断面上的水头及压力与真实水流的水头及压力相等；它在多孔介质中运动时所受的阻力等于真实水流所受的阻力。满足这些条件的假想水流称为渗流。我们把渗流所占据的空间称为渗流场，描述渗流的参数称为渗流运动要素，如压力P , 流速v 及水头H 等等。
有了以上假设，我们就可把地下水在多孔介质中的流动当成连续流体来研究，这就可以避免研究个别空隙中液体质点渗透规律的困难，运用数学这个工具，并继承水力学及流体力学已经成熟的方法；同时研究结果也不失去真实水流的特性。
在对渗流问题模拟研究中，采用过多种模型，常见的物理模型如砂槽型、窄缝槽模型等；电模型及各种数学模型。数学模型和其他模型相比具有许多优点，它不仅能表现出含水层系统复杂的物理结构和不规则的几何形态，适用范围广，通用性强，而且使用方便灵活，对模型的矫正也比较容易。数学模型不仅能描述多孔介质中的流动现象，还能描述多孔介质中物资输运，能量输运及其他一些物理化学现象。
所谓数学模型就是用一些方程式或方程组来描述先生多孔介质中的地下水运动的基本特征，内在联系及外在条件对其运动的制约关系。常见的数学模型分为随机型与确定型两种。
随机模型，出现在模型中的变量是随机的，仅仅知道变量的取值概率，而不能肯定变量所取的确定值。
确定模型，即为模型中各变量之间有严格确定的关系。在工程渗流力学中主要研究的确定模型，如描述地下水流模型，描述多孔介质变形模型及物质输运、能量输运模型等等。
对求解描述某个渗流问题的数学模型，通常有三种方法：解析法；数值法；实验模拟法。
解析法就是用数学物理方法，诸如分离变量法，积分变换等解数学问题的方法求得模型的解析解。由于解析解可以将描述渗流的各种物理量，例如水头、水量及各种参数反映在一个表达式中，这样就可以利用数学分析的方法来研究各个量相互联系与相互制约的内在规律。因此，在可能条件下应尽量应用这种方法来求解数学模型。由于用解析解方法解数学模型所必须的假设条件常常受到相当大
的限制，所以这种方法有很大的局限性，只适用于含水层几何形状规则，方程式简单边界条件较单一的情况。例如，均质各向同性，等厚含水层，渗流区域是圆形或矩形或无限；有定水头补给等等。实际问题往往比这复杂的多，即使对定解条件作了相当的概化假设，往往因解析解中包含复杂的积分项及一些特殊函数，而限制该法的应用，不得不用别的方法去求它的近似解。
2. 数值法
用数值法求得的解称为数值解。它是一种近似解。用数值法求解一般都要借助于电子计算机。它是求解大型地下水流问题的主要方法。这种方法的要点是把整个渗流区分割成若干个形状规则的小块（称为单元）。这些小块可以近似地看成是均质的，因而就容易建立起描述各个单元地下水流动的关系式。把本来是形状不规则的、非均质问题转化为容易计算的形状规则的、均质问题。各个单元可以根据需要选择合适的水文地质参数，单元形状也可以不同。因此把所有单元合在一起就能表现出渗流区域在几何上的不规则形状和在水文地质上的非均质性，代表原来的渗流区。单元划分多少，根据计算结果的精度要求可以任意选择。要求的精度高，分的单元就要多一些，相应的计算工作量就要大一些；反之，可以分的少一些，计算工作也相应的少一些。对于非稳定渗流问题还要把整个计算时间段划分为许多时段，它们的集合就是原来所要研究的时间段。划分多少时间段也和单元的划分一样，可以视需要选择。这时所建立的是描述某时段每个单元地下水流动的关系式。然后通过某种方式把这些关系式集合起来，加上定解条件便成为一个方程组，求解这个方程组便得到原问题原时段的解。这个时段解决了，按划分的时段，一个时段一个时段地算下去，直到把划分的时段全部算完为止。这样未知量（通常是水头H 或降深s ）随时间或空间变化的过程就给模拟出来了。所以这种分析方法的特点就是把全体分割为许多部分，然后由部分得到全体。这种把整体分割成若干单元来处理问题的方法称为离散化方法。这种方法所求得的解只是渗流区中离散点（如各单元的公共顶点或单元的中心点）上未知量满足某种精度要求的近似值。它不能像解析法那样给出未知量在渗流区中任何一点在任何时刻的值。
数值法可以很方便的处理前面解析法中碰到的难以解决的困难。事实上，它对任何复杂的地下水流问题都能给出有足够精度的解。可以应用于水文地质的很多领域，如水位预报、水量计算、水质模拟等。不足之处就是计算工作量一般较大。
实验模拟方法
实验方法是渗流力学中重要的方法。对一些复杂的渗流问题，解析法是很难求得的，这就得用数值法和实验模拟方法，也称为模拟法。
该方法主要就是利用渗流和一些物理现象相似的原理，用相似模型再现渗流过程和渗流的流态，得到渗流规律。