5. Численное моделирование фильтрации

Расчетную схему рекомендуется выполнять на миллиметровой бумаге в масштабе 1:100 при высоте сооружения до 20 м и 1:200 – при большей высоте (все размеры – в метрах). Чертёж располагается в I квадранте декартовых координат. Направление оси абсцисс слева направо, оси ординат – снизу вверх (рис. 1-5). На чертеже должны быть показаны контуры сооружения, границы слоёв различных грунтов (контуры ИГЭ), вертикальные боковые границы и нижняя граница расчетной области.

Нижняя граница должна быть доведена до обеих боковых вертикальных границ. В случае, если основание является весьма глубокой толщей водопроницаемого грунта (более 3Н_д, где Н_д – высота дамбы), нижняя граница принимается на глубине не менее 1,5Н_д от отметки поверхности грунта. При наличии в основании водоупора (например, плотная глина или монолитная скала) нижняя граница совпадает с его поверхностью.

Расстояние от вертикальных границ чертежа до нижней кромки откосов дамбы рекомендуется принимать 1,5Н_д–2Н_д по направлению оси абсцисс.

Нумерация слоев грунта производится произвольно. Границей слоя грунта считается линия, ограничивающая его снизу.

Каждую линию на чертеже необходимо аппроксимировать посредством определенных геометрических фигур. Рекомендуется аппроксимация в виде прямоугольников (рис. 6), через вершины которых проведены горизонтальные линии (строки) и вертикальные линии (столбцы). Полученные строки и столбцы нумеруются (1, 2, 3, …..) без пропусков (количество строк не больше 49, столбцов не больше 114); проставляются их размеры. Расстояние между столбцами и строками следует принимать в соответствии с принятым масштабом расчетной схемы.

Ввод исходных данных в программу расчета

Программа для решения фильтрационной задачи написана на языке программирования FORTRAN. Ввод исходных данных осуществляется по формату – описание символьных форм представления значений величин в логических записях наборов данных. Эти описания помещаются в операторы форматов и используются операторами форматного ввода-вывода. В данном случае используется два кода формата: I – целый, F – вещественный.

Например, формат 3I4 означает введение трех целых чисел, на каждое число отводится по 4 позиции; формат F6.2 – введение дробного числа, на которое отводится шесть позиций, две позиции справа на дробную часть, первые три позиции на целую часть, четвертая позиция на точку, которая отделяет целую часть от дробной.

Рисунок 6 – Схема конечно-разностной аппроксимации для расчета фильтрации из накопителя

Описание построчного ввода исходных данных.

В первую строку вводятся общее количество пронумерованных столбцов (формат I3), общее количество пронумерованных строк (формат I3), количество слоёв грунта (формат I3), любой текст – например, название сооружения, шифр чертежа и т.п (формат 13А4). Количество символов текста должно быть не более 60.

Во второй строке указывается отметка водоупора (формат F6.2)

В третью строку вводится коэффициент сжатия или растяжения (формат F6.2).

В четвертой строке и ниже (столбиком) указываются размер строк и количество ячеек с данным размером по направлению оси У снизу вверх (формат F6.2, I3). В каждую строку вводят по одному размеру и количеству строк, а остальные вводят столбцом по тому же формату.

Пятым массивом чисел указываются размер столбцов и количество ячеек с данным размером по направлению оси Х слева направо (формат F6.2, I3). В каждую строку вводят по одному значению, а остальные вводят в следующую строку столбцом по тому же формату.

Шестым массивом являются коэффициенты фильтрации грунтов по горизонтали в порядке их нумерации (формат 4F8.3). В одну строку вводят 4 коэффициента фильтрации грунтов; если количество грунтов больше 4, то их вводят в следующую строку по тому же формату.

Седьмым массивом являются коэффициенты фильтрации грунтов по вертикали в порядке их нумерации (формат 4F8.3). В одну строку вводят 4 коэффициента фильтрации; если грунтов больше 4, то их вводят в следующую строку по тому же формату.

Восьмым массивом являются описания слоёв грунтов по строкам, начиная с первой строки, и количество ячеек с этим грунтом (формат 2I3); массив этих данных вводится столбцом.

Девятым массивом указывается область фильтрации по строкам (признак 2 – признак стационарной фильтрации, признак 3 – область в тех ячейках, где присутствует дренаж) и количество ячеек (формат 2I5); массив данных также вводится столбцом.

Десятым массивом вводят граничные условия (проницаемости или непроницаемости) слева, снизу и справа (формат F8.2, I3).

– 1.00 n

Условие непроницаемости (n – количество строк или столбцов)

0. n

0. n

Условие проницаемости (m – отметка поверхности подземных вод,

n – количество строк)

– m n

Одиннадцатый массив включает описание поверхности (контура) сооружения (слева направо). Указывается номер строки и количество узлов в ней (формат 2I3).Ввод данных осуществляется столбцом

Двенадцатый массив указывает на наличие или отсутствие воды в столбцах с указанием их количества (признак 1 – наличие воды в столбцах, признак 0 – отсутствие воды в столбцах, формат F6.2, I3).

В тринадцатом массиве указывается глубина воды в указанных выше столбцах и их количество с данной глубиной (формат F6.2, I3). Данные вводятся столбцом по этому же формату.

Четырнадцатый параметр указывает количество допустимых итераций; максимальное число итераций 9999 (формат I4). Первоначально ставится одна итерация для того, чтобы убедиться в правильности построения расчетной схемы.

Пятнадцатый параметр характеризует погрешность итеративного процесса, которая должна быть равна 0,01 (формат F6.2).