[发明专利]一种土石坝流热耦合模型参数敏感性分析构建方法

说明书

本发明公开了一种土石坝流热耦合模型参数敏感性分析构建方法，具体为：构建土石坝饱和‑非饱和流热耦合模型并设置边界条件，模型包括建立流动方程以及建立土石坝热量运移模型，边界条件包括对渗流场设置边界条件以及温度场设置边界条件；再确定土石坝饱和‑非饱和流热耦合模型的参数，选定其参数的范围，然后对选定的流热耦合模型参数范围进行样本抽样，将抽样得到的样本参数组分别代入构建的模型中进行计算，求出土石坝模型中各监测点温度输出值的均值与方差。本发明一种土石坝流热耦合模型参数敏感性分析构建方法，通过构建土石坝饱和‑非饱和流热耦合模型，对土石坝内部渗流场与温度场进行表达，得到影响模型温度输出的主要和次要影响因子。

技术领域

本发明属于水利工程技术领域，涉及一种土石坝流热耦合模型参数敏感性分析构建方法。

背景技术

正常运行期的土石坝坝基与坝体温度场主要受渗流条件的影响，岩土体介质中的水分运移控制着温度场的分布，温度场的时空分布特征能反演渗流场特征。因此，研究土石坝温度场与渗流场的耦合作用，可以为通过温度场分布特征反馈坝体渗流安全性态提供理论基础。随着土石坝渗流热监测技术的发展，通过温度场来反馈渗流场及渗透破坏点已成为当前热门的工程应用技术之一。如若只分析土石坝渗流场或温度场的单场分布，而忽略两场的耦合作用与实际工程并不相符。基于此，很多学者建立了反映土石坝温度场和渗流场耦合的计算模型。然而，这些模型往往参数众多，并涉及复杂非线性动态过程。模型参数尺度多样化和制造误差等多种不确定性因素均会导致模型预测不确定性。因此，分析模型参数不确定性和敏感性，可有效研究参数对模型输出变量作用、参数与参数间相互作用对模型结果影响。通过定量研究各影响因素对模型的影响，找出决定温度场变化的主要因素，这样就能集中主要精力提高这些主要影响因素的观测精度，即使较少考虑或忽略那些次要因素，也可以得到模拟结果与实际现象接近的数值模型。

目前，敏感性方法在诸多的领域都有着广泛的应用。然而，对于大坝温度场，已有的研究多是将敏感性分析方法应用于大体积混凝土浇筑的温度应力控制研究，而针对运行期受渗流影响的土石坝温度场，同样可以采用该方法探讨其主要影响因子，但相关的敏感性分析构建方法还未见报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种土石坝流热耦合模型参数敏感性分析构建方法，通过构建土石坝饱和-非饱和流热耦合模型，对土石坝内部渗流场与温度场进行表达，得到影响模型温度输出的主要和次要影响因子。

本发明所采用的技术方案是，一种土石坝流热耦合模型参数敏感性分析构建方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1：构建土石坝饱和-非饱和流热耦合模型，包括建立流动方程以及建立土石坝热量运移模型，用于描述土石坝内部渗流场与温度场的关系；

步骤2：对土石坝饱和-非饱和流热耦合模型设置边界条件，包括对渗流场设置边界条件以及温度场设置边界条件；

步骤3：确定土石坝饱和-非饱和流热耦合模型的参数，选定其参数的范围；

步骤4：对选定的流热耦合模型参数范围进行样本抽样；

步骤5：将抽样得到的样本参数组分别代入构建的土石坝饱和-非饱和流热耦合模型中进行计算；

步骤6：根据土石坝饱和-非饱和流热耦合模型的计算结果，求出土石坝模型中各监测点温度输出值的均值与方差。

本发明的特征还在于，

步骤1中建立的流动方程具体为土石坝饱和-非饱和瞬态渗流场，采用Richards方程进行描述：