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摘要
岩土工程普遍涉及有自由面三维稳定渗流问题，传统求解自由面的数值方法以连续介质假定为基础，将孔隙流动平均到包含固体颗粒的整个区域。事实上，水体仅能沿多孔介质空隙发生流动。通过将多孔介质的孔隙结构概化为三维正交管网，基于水头和流量等效原则，推导了管网模型的等效渗流速度、连续性方程及边界条件。基于局部坐标系、连续型罚Heaviside函数及变分原理，建立了等效管网模型的有自由面三维稳定渗流分析方法，从而将三维渗流问题简化为一维形式求解，大大减小了有自由面三维稳定渗流问题的求解难度。通过均质直角梯形坝的三维自由面渗流分析，验证了等效管网模型的有效性。开展卡基娃水电站左岸坝肩边坡三维稳定渗流分析，通过与变分不等式方法的对比分析，等效管网模型很好地反映了卡基娃水电站左岸坝肩边坡渗流场特征，对三维复杂工程渗流问题具有较强的适用性和较高的计算效率。
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单位武汉科技大学; 长江勘测规划设计研究有限责任公司
