CN115146565A - 一种基于内聚力算法的双曲拱坝坝基渗流评估方法及系统 - Google Patents

一种基于内聚力算法的双曲拱坝坝基渗流评估方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于内聚力算法的双曲拱坝坝基渗流评估方法及系统，属于双曲拱坝坝基渗流监测技术领域。现有技术缺乏高效可靠的双曲拱坝坝基渗流计算方案。本发明的一种基于内聚力算法的双曲拱坝坝基渗流评估方法，构建基于内聚力算法的热渗流应力耦合有限元模型，用于对双曲拱坝的温度场、应力场和渗流场进行耦合计算，其采用内聚力算法模拟坝体和坝基交界面处的微裂缝和孔隙，能准确地掌握坝基渗流场的分布情况，实现双曲拱坝的结构安全状态的准确评估，无需进行坝体和坝基交界面的网格细化，可以有效降低网格数量，提高计算效率，并具有更好的计算稳定性，方案科学合理，为双曲拱坝坝基渗流监测和评估提供一个高效可靠的处理方法。

Description

一种基于内聚力算法的双曲拱坝坝基渗流评估方法及系统
技术领域
本发明涉及一种基于内聚力算法的双曲拱坝坝基渗流评估方法及系统，属于双曲拱坝坝基渗流监测技术领域。
背景技术
双曲拱坝是适合于修建在“U”形及“V”形河谷中的经济性与安全性都比较优越的坝型，同时又是挡水坝中结构最复杂的坝型，是高拱坝的发展趋势。在双曲拱坝的坝基岩体中，由于渗透荷载与岩体自重属同一数量级，可能会直接导致坝基失稳等危害。因此，对双曲拱坝的坝基渗流特性和渗流控制的研究就显得至关重要。
为了更加清楚地了解坝基各部位的扬压力和渗透力大小、岩体的抗渗透变形能力、以及岩体中渗流场和应力场的相互作用特性等，对渗流场进行计算就成了必不可少的工作。
同时坝基渗流场、压力梯度分布和渗流量等物理量对双曲拱坝的稳定性具有较大的影响，准确地掌握坝基渗流场的分布情况，有助于对双曲拱坝的结构安全状态进行评估。
国内外学者在大坝岩体渗流场和应力场计算方面进行了大量的实验和理论研究，总结了单一裂隙在应力作用下的理论模型，提出多种经验公式和间接公式，进而提出各种不同的渗流应力耦合模型并进行相应的数值理论分析。在数值理论分析方法中，最有效的一种就是有限元求解方法，如剩余流量法、初流量法、节点虚流量法、调整渗透系数法等。
但由于坝体和坝基交界面位置的地质构造复杂，造成计算方法中的高度非线性，以及渗流系数、岩体孔隙率等参数难以准确获取，对于坝基渗流场的仿真计算目前仍缺少有效的解决方案。
进一步，中国专利（公布号：CN 113447414 A）公开了一种土石坝绕坝及坝基渗流及渗流量实时监测装置及其使用方法，综合利用光纤监测技术以及电磁感应监测技术对反映土石坝绕坝及坝基渗流状态的多种参数进行监测，获得监测位置土石坝绕坝及坝基渗流状态的综合评价结果。另外，基于对土石坝坝内监测位置的长期实时监测数据，开展对土石坝绕坝及坝基渗流状态的综合分析，并根据参数监测结果对土石坝绕坝及坝基渗流状态进行预警。
上述方案结合光纤监测技术与电磁感应监测技术，实现对土石坝坝内监测点多种渗流参数的实时同步监测，但利用机械装置监测会存在较多的监测盲点，无法对坝体进行全面有效的监控；同时上述方案没有公开如何利用监测数据进行数据分析，得到坝基渗流值以及渗漏场的分布情况。
更进一步，上述方案以及现有技术，更多的是针对土石坝和重力坝的研究，对于双曲拱坝的坝基渗流场和应力场的耦合监测，以及在双曲拱坝运维期间的热渗流应力耦合的仿真计算仍缺乏高效可靠的处理方案，进而无法对双曲拱坝的结构安全状态进行准确评估，不利于推广使用。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明的目的一在于提供一种通过构建基于内聚力算法的热渗流应力耦合有限元模型，并根据边界条件，得到双曲拱坝坝基渗流计算值以及坝基渗流场的分布情况；进而根据双曲拱坝坝基渗流计算值以及坝基渗流场的分布情况，对双曲拱坝的结构安全状态进行准确评估，方案科学合理，切实可行，适用于双曲拱坝坝基渗流监测和评估的基于内聚力算法的双曲拱坝坝基渗流评估方法。
本发明的目的二在于提供一种通过构建基于内聚力算法的热渗流应力耦合有限元模型，用于对双曲拱坝的温度场、应力场和渗流场进行耦合计算，其采用内聚力算法模拟坝体和坝基交界面处的微裂缝和孔隙，并通过带有孔隙水压力自由度的三维二次单元计算双曲拱坝坝基的渗流场，无需进行坝体和坝基交界面的网格细化，可以有效降低网格数量，提高计算效率，并具有更好的计算稳定性，方案科学合理，切实可行，能够对双曲拱坝坝基渗流进行有效监测和评估的基于内聚力算法的双曲拱坝坝基渗流评估方法。
本发明的目的三在于提供一种构建双曲拱坝设计参数存储模块、热渗流应力耦合有限元模块、双曲拱坝数据监测模块、边界条件处理模块、安全评估模块，对双曲拱坝的温度场、应力场和渗流场进行耦合计算，方案科学合理，切实可行，能够对双曲拱坝坝基渗流进行有效监测和评估的基于内聚力算法的双曲拱坝坝基渗流评估系统。
为实现上述目的之一，本发明的第一种技术方案为：
一种基于内聚力算法的双曲拱坝坝基渗流评估方法，
包括以下内容：
利用双曲拱坝监测数据生成热力学载荷数据和结构力学载荷数据；
获得边界条件；
将边界条件输入到预先构建的基于内聚力算法的热渗流应力耦合有限元模型中，得到双曲拱坝坝基渗流计算值以及坝基渗流场的分布情况；
根据双曲拱坝坝基渗流计算值以及坝基渗流场的分布情况，对双曲拱坝的结构安全状态进行评估。
本发明经过不断探索以及试验，通过构建基于内聚力算法的热渗流应力耦合有限元模型，并根据边界条件，得到双曲拱坝坝基渗流计算值以及坝基渗流场的分布情况；进而根据双曲拱坝坝基渗流计算值以及坝基渗流场的分布情况，能够对双曲拱坝的结构安全状态进行准确评估，方案科学合理，切实可行，利于推广使用，特别适用于双曲拱坝坝基的渗流监测和评估。
进一步，本发明使用内聚力算法进行双曲拱坝的渗流计算，内聚力算法可以在裂纹扩展过程中形成新的裂纹表面，在新裂纹面不连续的情况下，在数学模型上保持连续性条件，从而对裂纹的萌生、扩展建立统一的计算模型来描述；并通过构建热渗流应力耦合有限元模型可以进行双曲拱坝温度场、应力场和渗流场的耦合计算，能够同时考虑温度场、坝基应力场和渗流场之间的相互作用，进而可以完成双曲拱坝坝基的三维建模、边界条件设置、结果后处理和数据分析，从而能准确地掌握坝基渗流场的分布情况，实现双曲拱坝的结构安全状态的准确评估。
作为优选技术措施：
所述基于内聚力算法的热渗流应力耦合有限元模型，对双曲拱坝的温度场、应力场和渗流场进行耦合计算，其采用内聚力算法模拟坝体和坝基交界面处的微裂缝和孔隙，并通过带有孔隙水压力自由度的三维二次单元计算双曲拱坝坝基的渗流场。
所述三维二次单元包括四面体网格形状或/和六面体网格形状或/和三棱柱网格形状。
作为优选技术措施：
构建所述基于内聚力算法的热渗流应力耦合有限元模型，包括：
设置双曲拱坝拱圈的中心线参数方程，生成双曲拱坝中心线；
沿着双曲拱坝中心线，双曲拱坝法向厚度由一组随拱坝中心角变化的参数方程控制，所述参数方程为双曲拱坝中心线上任意点处的法向拱厚参数方程；
利用拱坝高程函数以及方程系数，计算中心线参数方程和法向拱厚参数方程中的未知参数，得到未知参数的参数值；
将参数值以及拱坝中心角带入中心线参数方程、拱厚参数方程，确定双曲拱坝坝体体型；
根据双曲拱坝坝体体型，通过参数曲线放样得到三维几何模型；
根据三维几何模型，通过坝体与坝基交界面处的几何拉伸自动生成坝基几何模型。
作为优选技术措施：
还包括构建三维几何模型，其包括：
根据双曲拱坝体型参数，采用具有六面体网格形状的三维二次单元，对双曲拱坝进行网格划分；
采用薄层内聚力单元生成坝体与坝基的交界面。
作为优选技术措施：
所述边界条件包括：
双曲拱坝温度场计算所需温度边界、上下游水位产生的静水压力和上游库底泥沙淤积压力；
双曲拱坝温度场计算所需温度边界包括坝体外部与空气接触部分温度边界，水位以下坝面温度边界，河谷、河岸在水位以下部分温度边界，河谷、河岸在水位以上部分温度边界，地基深部温度边界。
作为优选技术措施：
坝体外部与空气接触部分温度边界采用传热学第三类边界，在接触面产生对流换热；
水位以下坝面温度边界等效为第一类边界条件，相应温度为实测水温；
河谷、河岸在水位以下部分温度边界，按照第一类边界条件处理，取值为相应高程实测水温；
河谷、河岸在水位以上部分温度边界，将其转化为第一类边界条件，具体取值为每旬平均气温；
地基深部温度边界受地温影响，地基侧面按绝热边界处理；
上游库底泥沙淤积压力根据泥沙淤积压力标准值、淤积泥沙的浮容重、坝前泥沙淤积厚度和淤积泥沙内摩擦角进行计算。
作为优选技术措施：
基于内聚力算法的热渗流应力耦合有限元模型采用牛顿-拉夫森迭代方法进行求解，其包括温度场的计算、应力场的计算、渗流场的计算：
所述温度场采用热对流方程进行计算；
所述应力场采用内聚力单元内部的基于立方定律建立的平衡方程进行计算；
所述渗流场采用菲克扩散定律进行计算。
作为优选技术措施：
在双曲拱坝的结构安全状态的评估前，将双曲拱坝坝基渗流计算值以及坝基渗流场的分布情况与已有的渗流监测数据，进行对比分析，以确定基于内聚力算法的热渗流应力耦合有限元模型仿真计算是否准确；
所述对比分析包括对不同测点的渗流量数据进行对比和残差分析。
为实现上述目的之一，本发明的第二种技术方案为：
一种基于内聚力算法的双曲拱坝坝基渗流评估方法，包括以下步骤：
步骤1：根据双曲拱坝体型参数，生成三维几何模型，构建基于内聚力算法的热渗流应力耦合有限元模型；
所述基于内聚力算法的热渗流应力耦合有限元模型，用于对双曲拱坝的温度场、应力场和渗流场进行耦合计算，其采用内聚力算法模拟坝体和坝基交界面处的微裂缝和孔隙，并通过带有孔隙水压力自由度的三维二次单元计算双曲拱坝坝基的渗流场；
步骤2：利用双曲拱坝监测数据生成热力学载荷数据和结构力学载荷数据；
根据热力学载荷数据和结构力学载荷数据构建步骤1中的基于内聚力算法的热渗流应力耦合有限元模型的边界条件；
步骤3：根据步骤2中的边界条件，求解基于内聚力算法的热渗流应力耦合有限元模型，得到双曲拱坝坝基渗流计算值以及坝基渗流场的分布情况；
步骤4：利用步骤3中的双曲拱坝坝基渗流计算值以及坝基渗流场的分布情况，实现双曲拱坝的结构安全状态的评估。
本发明经过不断探索以及试验，构建基于内聚力算法的热渗流应力耦合有限元模型，用于对双曲拱坝的温度场、应力场和渗流场进行耦合计算，其采用内聚力算法模拟坝体和坝基交界面处的微裂缝和孔隙，并通过带有孔隙水压力自由度的三维二次单元计算双曲拱坝坝基的渗流场，无需进行坝体和坝基交界面的网格细化，可以有效降低网格数量，提高计算效率，并具有更好的计算稳定性，方案科学合理，切实可行，为双曲拱坝坝基渗流监测和评估提供一个高效可靠的处理方法。
进一步，本发明使用内聚力算法进行双曲拱坝的渗流计算，内聚力算法可以在裂纹扩展过程中形成新的裂纹表面，在新裂纹面不连续的情况下，在数学模型上保持连续性条件，从而对裂纹的萌生、扩展建立统一的计算模型来描述；并结合基于内聚力算法的热渗流应力耦合有限元模型，进行双曲拱坝温度场、应力场和渗流场的耦合计算，能够同时考虑温度场、坝基应力场和渗流场之间的相互作用，并能完成三维建模、边界条件设置、结果后处理和数据分析的整个流程，从而能准确地掌握坝基渗流场的分布情况，实现双曲拱坝的结构安全状态的准确评估。
为实现上述目的之一，本发明的第三种技术方案为：
一种基于内聚力算法的双曲拱坝坝基渗流评估系统，
应用上述的一种基于内聚力算法的双曲拱坝坝基渗流评估方法；
其包括双曲拱坝设计参数存储模块、热渗流应力耦合有限元模块、双曲拱坝数据监测模块、边界条件处理模块、安全评估模块；
所述双曲拱坝设计参数存储模块，用于存储双曲拱坝体型参数；
所述热渗流应力耦合有限元模块，用于对双曲拱坝的温度场、应力场和渗流场进行耦合计算；
所述双曲拱坝数据监测模块，用于对双曲拱坝的状态进行监测；
所述边界条件处理模块，用于获得双曲拱坝的边界条件；
所述安全评估模块，用于对双曲拱坝的结构安全状态进行评估；
所述双曲拱坝设计参数存储模块将双曲拱坝体型参数输入到热渗流应力耦合有限元模块中；
所述双曲拱坝数据监测模块将监测数据传输到边界条件处理模块中，生成边界约束和载荷数据，并将边界约束和载荷数据输入到热渗流应力耦合有限元模块中；
所述热渗流应力耦合有限元模块根据双曲拱坝体型参数以及边界约束和载荷数据，对双曲拱坝的温度场、应力场和渗流场进行耦合计算，并将计算结果传输给安全评估模块；
所述安全评估模块根据热渗流应力耦合有限元模块的计算结果对双曲拱坝的结构安全状态进行评估。
本发明经过不断探索以及试验，构建双曲拱坝设计参数存储模块、热渗流应力耦合有限元模块、双曲拱坝数据监测模块、边界条件处理模块、安全评估模块，对双曲拱坝的温度场、应力场和渗流场进行耦合计算，方案科学合理，切实可行，为双曲拱坝坝基渗流监测和评估提供一个高效可靠的系统，进而能准确地掌握坝基渗流场的分布情况，实现双曲拱坝的结构安全状态的准确评估。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明经过不断探索以及试验，通过构建基于内聚力算法的热渗流应力耦合有限元模型，并根据边界条件，得到双曲拱坝坝基渗流计算值以及坝基渗流场的分布情况；进而根据双曲拱坝坝基渗流计算值以及坝基渗流场的分布情况，能够对双曲拱坝的结构安全状态进行准确评估，方案科学合理，切实可行，利于推广使用，特别适用于双曲拱坝坝基的渗流监测和评估。
进一步，本发明构建基于内聚力算法的热渗流应力耦合有限元模型，用于对双曲拱坝的温度场、应力场和渗流场进行耦合计算，其采用内聚力算法模拟坝体和坝基交界面处的微裂缝和孔隙，并通过带有孔隙水压力自由度的三维二次单元计算双曲拱坝坝基的渗流场，无需进行坝体和坝基交界面的网格细化，可以有效降低网格数量，提高计算效率，并具有更好的计算稳定性，方案科学合理，切实可行，为双曲拱坝坝基渗流监测和评估提供一个高效可靠的处理方法。
再进一步，本发明使用内聚力算法进行双曲拱坝的渗流计算，内聚力算法可以在裂纹扩展过程中形成新的裂纹表面，在新裂纹面不连续的情况下，在数学模型上保持连续性条件，从而对裂纹的萌生、扩展建立统一的计算模型来描述；并结合基于内聚力算法的热渗流应力耦合有限元模型，进行双曲拱坝温度场、应力场和渗流场的耦合计算，能够同时考虑温度场、坝基应力场和渗流场之间的相互作用，并能完成三维建模、边界条件设置、结果后处理和数据分析的整个流程，从而能准确地掌握坝基渗流场的分布情况，实现双曲拱坝的结构安全状态的准确评估。
更进一步，本发明构建双曲拱坝设计参数存储模块、热渗流应力耦合有限元模块、双曲拱坝数据监测模块、边界条件处理模块、安全评估模块，对双曲拱坝的温度场、应力场和渗流场进行耦合计算，方案科学合理，切实可行，为双曲拱坝坝基渗流监测和评估提供一个高效可靠的系统，进而能准确地掌握坝基渗流场的分布情况，实现双曲拱坝的结构安全状态的准确评估。
附图说明
图1为本发明双曲拱坝坝基渗流评估方法的一种流程图；
图2为本发明生成的双曲拱坝中心线的一种示图；
图3为本发明生成的双曲拱坝上下游表面轮廓包络线的一种示图；
图4为本发明生成的双曲拱坝坝体的一种结构示图；
图5为本发明生成的坝基几何模型的一种结构示图；
图6为本发明双曲拱坝的一种结构示图；
图7为本发明内聚力单元网格的一种结构示图；
图8为本发明双曲拱坝温度场的一种示图；
图9为本发明双曲拱坝温度场的另一种示图；
图10为本发明渗流量计算结果的一种示图；
图11为本发明数据对比分析的一种示图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。
本发明双曲拱坝坝基渗流评估方法的第一种具体实施例：
一种基于内聚力算法的双曲拱坝坝基渗流评估方法，包括以下内容：
利用双曲拱坝监测数据生成热力学载荷数据和结构力学载荷数据，获得边界条件；
将边界条件输入到预先构建的基于内聚力算法的热渗流应力耦合有限元模型中，得到双曲拱坝坝基渗流计算值以及坝基渗流场的分布情况；
根据双曲拱坝坝基渗流计算值以及坝基渗流场的分布情况，对双曲拱坝的结构安全状态进行评估。
本发明双曲拱坝坝基渗流评估方法的第二种具体实施例：
一种基于内聚力算法的双曲拱坝坝基渗流评估方法，包括以下步骤：
步骤1：根据双曲拱坝体型参数，生成三维几何模型，构建基于内聚力算法的热渗流应力耦合有限元模型；
所述基于内聚力算法的热渗流应力耦合有限元模型，用于对双曲拱坝的温度场、应力场和渗流场进行耦合计算，其采用内聚力算法模拟坝体和坝基交界面处的微裂缝和孔隙，并通过带有孔隙水压力自由度的三维二次单元计算双曲拱坝坝基的渗流场；
步骤2：利用双曲拱坝监测数据生成热力学载荷数据和结构力学载荷数据；
根据热力学载荷数据和结构力学载荷数据构建步骤1中的基于内聚力算法的热渗流应力耦合有限元模型的边界条件；
步骤3：根据步骤2中的边界条件，求解基于内聚力算法的热渗流应力耦合有限元模型，得到双曲拱坝坝基渗流计算值以及坝基渗流场的分布情况；
步骤4：利用步骤3中的双曲拱坝坝基渗流计算值以及坝基渗流场的分布情况，实现双曲拱坝的结构安全状态的评估。
本发明基于内聚力算法的热渗流应力耦合有限元模型的一种具体实施例：：
所述步骤1中的基于内聚力算法的热渗流应力耦合有限元模型，其构建方法如下：
第一步，设置双曲拱坝拱圈的中心线参数方程，生成双曲拱坝中心线；
第二步，沿着第一步中的双曲拱坝中心线，双曲拱坝法向厚度由一组随拱坝中心角变化的参数方程控制，所述参数方程为双曲拱坝中心线上任意点 处的法向拱厚参数方程；
第三步，利用拱坝高程函数以及方程系数，计算第一步的中心线参数方程和第二步的法向拱厚参数方程中的未知参数，得到未知参数的参数值；
第四步，将第三步中的参数值以及拱坝中心角带入中心线参数方程、拱厚参数方程，确定双曲拱坝坝体体型；
第五步，根据第四步中双曲拱坝坝体体型，通过参数曲线放样得到三维几何模型；
第六步，根据第五步中三维几何模型，通过坝体与坝基交界面处的几何拉伸自动生成坝基几何模型。
本发明中心线参数方程的一种具体实施例：：
所述中心线参数方程的计算公式如下：
Figure 602795DEST_PATH_IMAGE001
其中，
Figure 229255DEST_PATH_IMAGE002
为拱冠梁处曲率半径；
Figure 399206DEST_PATH_IMAGE003
为拱圈中心线某点处的半中心角，面向下游方向，左岸侧为负，右岸侧为正；
X为拱圈中心线某点的横坐标，Y为拱圈中心线某点的纵坐标；
所述法向拱厚参数方程的计算公式如下：
Figure 981365DEST_PATH_IMAGE004
其中，
Figure 467842DEST_PATH_IMAGE005
为拱端厚度，
Figure 401556DEST_PATH_IMAGE006
为左拱端拱圈厚度，
Figure 793223DEST_PATH_IMAGE007
为右拱端拱圈厚度，
Figure 133069DEST_PATH_IMAGE008
为拱圈中 心线拱端的半中心角，
Figure 913199DEST_PATH_IMAGE009
为用于定义拱圈厚度沿切向变化函数的指数；
所述拱坝高程函数的表达式如下：
Figure 313088DEST_PATH_IMAGE010
其中，Z为拱坝高程；M为6个决定拱坝中心线方程的参数，分别为：
Figure 988788DEST_PATH_IMAGE011
：拱冠梁上游 面的Y坐标，
Figure 381593DEST_PATH_IMAGE012
：拱冠梁处的拱圈厚度，
Figure 842661DEST_PATH_IMAGE013
：左拱端拱圈厚度，
Figure 459456DEST_PATH_IMAGE014
：右拱端拱圈厚度，
Figure 373185DEST_PATH_IMAGE015
：拱冠 梁处左岸侧的拱圈中心线曲率半径，
Figure 41451DEST_PATH_IMAGE016
：拱冠梁处右岸侧的拱圈中心线曲率半径；A/B/C/D 为方程系数。
本发明双曲拱坝的一种具体实施例：：
所述双曲拱坝的坝基上下游宽度为1.5倍坝高，左右岸宽度为1.5倍坝高，坝基深度为2倍坝高；
同时对双曲拱坝的三维几何模型进行网格划分，整体采用20节点六面体网格形状的三维二次单元，坝体和坝基连接位置采用薄层内聚力单元生成。
本发明边界条件的一种具体实施例：
所述步骤2中，基于内聚力算法的热渗流应力耦合有限元模型的边界条件包括：
双曲拱坝温度场计算所需温度边界、上下游水位产生的静水压力和上游库底泥沙淤积压力；
双曲拱坝温度场计算所需温度边界包括坝体外部与空气接触部分温度边界，水位以下坝面温度边界，河谷、河岸在水位以下部分温度边界，河谷、河岸在水位以上部分温度边界，地基深部温度边界。
坝体外部与空气接触部分温度边界采用传热学第三类边界，在接触面产生对流换热按照下式计算：
Figure 606294DEST_PATH_IMAGE017
式中，
Figure 613564DEST_PATH_IMAGE018
为固体温度；
Figure 263857DEST_PATH_IMAGE019
为导热系数；
Figure 264043DEST_PATH_IMAGE020
为表面放热系数；
Figure 434124DEST_PATH_IMAGE021
为气温；n为边界外法线 方向矢量；
水位以下坝面温度边界等效为第一类边界条件，相应温度为实测水温；
河谷、河岸在水位以下部分温度边界，按照第一类边界条件处理，取值为相应高程实测水温；
河谷、河岸在水位以上部分温度边界，将其转化为第一类边界条件，具体取值为每旬平均气温；
地基深部温度边界受地温影响，地基侧面按绝热边界处理，即：
Figure 141791DEST_PATH_IMAGE022
；
上游库底泥沙淤积压力按照以下公式计算：
Figure 13801DEST_PATH_IMAGE023
式中，
Figure 302831DEST_PATH_IMAGE024
为泥沙淤积压力标准值；
Figure 576687DEST_PATH_IMAGE025
为淤积泥沙的浮容重；
Figure 456918DEST_PATH_IMAGE026
坝前泥沙淤积厚 度；
Figure 816224DEST_PATH_IMAGE027
淤积泥沙内摩擦角。
本发明模型求解的一种具体实施例：
所述步骤3中，基于内聚力算法的热渗流应力耦合有限元模型采用牛顿-拉夫森迭代方法进行求解，其包括温度场的计算、应力场的计算、渗流场的计算：
所述温度场采用热对流方程进行计算；
所述应力场采用内聚力单元内部的基于立方定律建立的平衡方程进行计算；
所述渗流场采用菲克扩散定律进行计算。
所述热对流方程的计算公式如下：
Figure 161142DEST_PATH_IMAGE028
其中，
Figure 571395DEST_PATH_IMAGE029
为岩体比热容，
Figure 606216DEST_PATH_IMAGE030
为岩体等效密度，
Figure 390501DEST_PATH_IMAGE031
为拉普拉斯方程，
Figure 5022DEST_PATH_IMAGE032
为岩体的等效 热传导系数，
Figure 4202DEST_PATH_IMAGE033
为水的比热容，
Figure 212854DEST_PATH_IMAGE034
为水的密度，
Figure 546752DEST_PATH_IMAGE035
为水的平均流速，
Figure 246855DEST_PATH_IMAGE036
为初始温度场，
Figure 349809DEST_PATH_IMAGE037
为 温度场源汇项；
所述应力场的计算，包括以下步骤：
S1，通过节点位移插值得到裂隙宽度，其计算公式如下：
Figure 211586DEST_PATH_IMAGE038
其中，
Figure 691502DEST_PATH_IMAGE039
，
Figure 913405DEST_PATH_IMAGE040
分别为内聚力单元上下表面节点位移；
Figure 887177DEST_PATH_IMAGE041
为单元形函数在高斯点的值；
Figure 169123DEST_PATH_IMAGE042
为表面单元节点编号；
R为局部坐标系下的节点位移矩阵。
采用指数型内聚力张力位移关系，开裂过程中的断裂能控制方程为：
Figure 493925DEST_PATH_IMAGE043
其中，
Figure 988360DEST_PATH_IMAGE044
为断裂过程中的总断裂能值，
Figure 729221DEST_PATH_IMAGE045
、
Figure 713227DEST_PATH_IMAGE046
分别为内聚力单元界面上的法向 与切向位移值，
Figure 243434DEST_PATH_IMAGE047
为纯法向开裂状态下界面完全开裂时的界面断裂能，
Figure 823451DEST_PATH_IMAGE048
、
Figure 755504DEST_PATH_IMAGE049
为法向与切 向界面开裂特征位移，即应力最大值点对应的位移值，q，r分别为：
Figure 647761DEST_PATH_IMAGE050
，
Figure 681576DEST_PATH_IMAGE051
为纯切向开裂状态下界面完全开裂时的界面断裂能，
Figure 314552DEST_PATH_IMAGE052
为在法向应力为零 时，切向完全开裂时的法向位移值。
内聚力单元界面上的各向应力由断裂能控制方程的偏导得到：
Figure 851843DEST_PATH_IMAGE053
，
其中，
Figure 912072DEST_PATH_IMAGE054
为界面法向应力，
Figure 416872DEST_PATH_IMAGE055
为界面切向应力；
S2，根据S1中的裂隙宽度，并利用立方定律建立平衡方程，所述平衡方程的计算公式如下：
Figure 338691DEST_PATH_IMAGE056
；
其中，
Figure 717107DEST_PATH_IMAGE057
为裂隙宽度，
Figure 213817DEST_PATH_IMAGE058
为流体黏滞系数，
Figure 691066DEST_PATH_IMAGE059
，
Figure 931423DEST_PATH_IMAGE060
为裂隙上下面的虑失系数，
Figure 426995DEST_PATH_IMAGE061
为 裂隙内部孔隙压力，
Figure 845338DEST_PATH_IMAGE062
，
Figure 62080DEST_PATH_IMAGE063
为裂隙上下面相邻固体区域的孔隙压力，
Figure 591282DEST_PATH_IMAGE064
为源项，
Figure 206940DEST_PATH_IMAGE065
为狄拉克函数；
S3，采用牛顿-拉夫森迭代方法求解S2中的平衡方程，在求解过程中关闭矩阵奇异性检查；
所述菲克扩散定律的计算公式如下：
Figure 186397DEST_PATH_IMAGE066
其中，
Figure 557947DEST_PATH_IMAGE067
是扩散通量，
Figure 77790DEST_PATH_IMAGE068
是物质密度，
Figure 298686DEST_PATH_IMAGE069
是物质浓度梯度，
Figure 308100DEST_PATH_IMAGE070
是物质A在物质B中 的传质系数。
本发明判断模型是否准确的一种具体实施例：
所述步骤4中，在双曲拱坝的结构安全状态的评估前，将双曲拱坝坝基渗流计算值以及坝基渗流场的分布情况与已有的渗流监测数据，进行对比分析，以确定基于内聚力算法的热渗流应力耦合有限元模型仿真计算是否准确；
所述对比分析包括对不同测点的渗流量数据进行对比和残差分析。
如图 1所示，本发明双曲拱坝坝基渗流评估方法的一种最佳具体实施例：
一种基于内聚力算法的双曲拱坝坝基渗流评估方法，包括如下步骤：
步骤1：根据双曲拱坝体型参数，生成三维几何模型，构建基于内聚力算法的热渗流应力耦合有限元模型。
所述基于内聚力算法的热渗流应力耦合有限元模型，其构建方法如下：
（1）根据以下双曲拱坝拱圈中心线参数方程，生成如图2所示的双曲拱坝中心线：
Figure 230925DEST_PATH_IMAGE071
其中，
Figure 822968DEST_PATH_IMAGE072
为拱圈中心线任意点
Figure 163951DEST_PATH_IMAGE073
处的半中心角，面向下游方向，左岸侧为负，右岸 侧为正。
（2）沿着拱圈中心线，根据以下双曲拱坝法向厚度参数方程，生成如图3所示的双曲拱坝上下游表面轮廓的包络线：
Figure 609844DEST_PATH_IMAGE074
其中，
Figure 770698DEST_PATH_IMAGE075
为拱端厚度，左岸侧即为
Figure 429082DEST_PATH_IMAGE076
，右岸侧即为
Figure 139418DEST_PATH_IMAGE077
，
Figure 241366DEST_PATH_IMAGE078
为拱圈中心线拱端的半 中心角，
Figure 141713DEST_PATH_IMAGE079
为用于定义拱圈厚度沿切向变化函数的指数。
（3）上述方程中的双曲拱坝体型参数是拱坝高程的函数，函数表达式如下：
Figure 354520DEST_PATH_IMAGE080
其中，Z为拱坝高程，m；M为6个决定拱坝中心线方程的参数，分别为：
Figure 388204DEST_PATH_IMAGE081
：拱冠梁上 游面的Y坐标（工程坐标系），
Figure 644742DEST_PATH_IMAGE082
：拱冠梁处的拱圈厚度，
Figure 295035DEST_PATH_IMAGE083
：左拱端拱圈厚度，
Figure 45953DEST_PATH_IMAGE084
：右拱端拱圈 厚度，
Figure 468232DEST_PATH_IMAGE085
：拱冠梁处左岸侧的拱圈中心线曲率半径，
Figure 630092DEST_PATH_IMAGE086
：拱冠梁处右岸侧的拱圈中心线曲率 半径，A/B/C/D为方程系数，具体取值如表1所示。
表1 双曲拱坝体型参数方程系数
Figure 252834DEST_PATH_IMAGE087
（4）针对不同的拱坝中心线参数，具有一组不同的方程系数，通过方程系数和拱坝中心角的确定就可以确定双曲拱坝坝体体型，通过参数曲线放样得到三维几何模型。通过坝体与坝基交界面处的几何拉伸自动生成坝基几何模型，坝基上下游宽度为1.5倍坝高，左右岸宽度为1.5倍坝高，坝基深度为2倍坝高。生成的双曲拱坝坝体和坝基几何模型如图4、图5所示。
（5）对双曲拱坝的三维几何模型进行网格划分，整体采用20节点六面体网格形状的三维二次单元，坝体和坝基连接位置采用薄层内聚力单元。双曲拱坝和内聚力单元网格划分如图6、图7所示。
步骤2：读取双曲拱坝监测数据，设置所述的基于内聚力算法渗流应力耦合有限元模型的边界条件。所述双曲拱坝监测数据包括热力学载荷数据、结构力学载荷、渗流量。
所述边界条件包括：
双曲拱坝温度场计算所需温度边界（上游坝面不同高程温度边界、坝顶和下游坝面空气自然对流系数和环境温度边界）、上下游水位产生的静水压力和上游库底泥沙淤积压力。
所述坝顶和下游坝面空气自然对流系数和环境温度边界，其坝体外部与空气接触部分采用传热学第三类边界，在接触面产生对流换热按照下式计算：
Figure 525552DEST_PATH_IMAGE088
式中，
Figure 268249DEST_PATH_IMAGE089
为固体温度，
Figure 592221DEST_PATH_IMAGE090
；
Figure 420369DEST_PATH_IMAGE091
为导热系数，
Figure 965620DEST_PATH_IMAGE092
；
Figure 93982DEST_PATH_IMAGE093
为表面放热系数，
Figure 348377DEST_PATH_IMAGE094
；
Figure 666750DEST_PATH_IMAGE095
为气温，
Figure 812429DEST_PATH_IMAGE096
；n为边界外法线方向矢量。
表2 双曲拱坝坝体上游坝面不同高程温度边界
Figure 264139DEST_PATH_IMAGE097
所述上游坝面不同高程温度边界（可参见表2），其水位以下坝面由于库水与混凝土表面放热系数很大，所以可以将其等效为第一类边界条件，相应温度为实测水温。河谷、河岸在水位以下部分，按照第一类边界条件处理，取值为相应高程实测水温。河谷、河岸在水位以上部分，将其转化为第一类边界条件，具体取值为每旬平均气温。地基深部温度主要受地温影响，地基侧面按绝热边界处理，即：
Figure 938703DEST_PATH_IMAGE098
。
泥沙淤积压力按照以下公式计算：
Figure 744373DEST_PATH_IMAGE099
式中，
Figure 178896DEST_PATH_IMAGE100
为泥沙淤积压力标准值，KN/m；
Figure 281850DEST_PATH_IMAGE101
为淤积泥沙的浮容重，
Figure 409206DEST_PATH_IMAGE102
；
Figure 230401DEST_PATH_IMAGE103
为 坝前泥沙淤积厚度，m；
Figure 921145DEST_PATH_IMAGE104
为淤积泥沙内摩擦角。
步骤3：基于内聚力算法的热渗流应力耦合有限元模型的求解
（1）采用牛顿-拉夫森迭代方法，在求解过程中关闭矩阵奇异性检查；
（2）在基于内聚力算法的热渗流应力耦合有限单元内部，考虑立方定律建立平衡方程如下公式所示：
Figure 927540DEST_PATH_IMAGE105
其中，
Figure 224135DEST_PATH_IMAGE106
为裂隙宽度，
Figure 267046DEST_PATH_IMAGE107
为裂隙宽度的导数，
Figure 27060DEST_PATH_IMAGE108
为流体黏滞系数，
Figure 855339DEST_PATH_IMAGE109
，
Figure 573765DEST_PATH_IMAGE110
为裂隙上 下面的虑失系数，
Figure 854705DEST_PATH_IMAGE111
为裂隙内部孔隙压力，
Figure 264083DEST_PATH_IMAGE112
，
Figure 681289DEST_PATH_IMAGE113
为裂隙上下面相邻固体区域的孔隙压 力，
Figure 570616DEST_PATH_IMAGE114
为源项，
Figure 591049DEST_PATH_IMAGE115
为狄拉克函数。
其他力学计算部分与传统内聚力单元一致。
（3）裂隙宽度由节点位移插值得到：
Figure 709178DEST_PATH_IMAGE116
（4）在双曲拱坝坝基中计算渗流场，采用菲克扩散定律：
Figure 26896DEST_PATH_IMAGE117
其中，
Figure 572278DEST_PATH_IMAGE118
是扩散通量，
Figure 77077DEST_PATH_IMAGE119
是物质密度，
Figure 248165DEST_PATH_IMAGE120
是物质浓度梯度，
Figure 171121DEST_PATH_IMAGE121
是物质A在物质B中 的传质系数。
（5）温度场的计算采用热对流方程描述：
Figure 139602DEST_PATH_IMAGE122
其中，
Figure 131697DEST_PATH_IMAGE123
为岩体比热容，
Figure 857208DEST_PATH_IMAGE124
为岩体等效密度，
Figure 618360DEST_PATH_IMAGE125
为拉普拉斯方程，
Figure 771123DEST_PATH_IMAGE126
为岩体的等效 热传导系数，
Figure 984936DEST_PATH_IMAGE127
为水的比热容，
Figure 754616DEST_PATH_IMAGE128
为水的密度，
Figure 386585DEST_PATH_IMAGE129
为水的平均流速，
Figure 959518DEST_PATH_IMAGE130
为初始温度场，
Figure 676938DEST_PATH_IMAGE131
为 温度场源汇项。温度场结果如图8、图9所示。
步骤4：根据步骤3的渗流仿真计算结果，进行渗流量、渗透压力等物理场分布显示，以及对不同测点的渗流量数据进行对比和残差分析。获得渗流量计算数据（图10），根据监测数据对渗流量进行数据对比分析，如图11所示。
本发明的内聚力算法是基于断裂力学裂纹萌生和扩展的一种技术。内聚力算法可以在裂纹扩展过程中形成新的裂纹表面，在新裂纹面不连续的情况下，在数学模型上保持连续性条件，从而对裂纹的萌生、扩展建立统一的计算模型来描述。使用内聚力算法进行双曲拱坝的渗流计算，无需进行坝体和坝基交界面的网格细化，可以有效降低网格数量，提高计算效率，并具有更好的计算稳定性。
本发明基于内聚力算法的双曲拱坝坝基渗流评估系统的一种具体实施例：
一种基于内聚力算法的双曲拱坝坝基渗流评估系统，应用上述的一种基于内聚力算法的双曲拱坝坝基渗流评估方法；其包括双曲拱坝设计参数存储模块、热渗流应力耦合有限元模块、双曲拱坝数据监测模块、边界条件处理模块、安全评估模块。
所述双曲拱坝设计参数存储模块，用于存储双曲拱坝体型参数；
所述热渗流应力耦合有限元模块，用于对双曲拱坝的温度场、应力场和渗流场进行耦合计算；
所述双曲拱坝数据监测模块，用于对双曲拱坝的状态进行监测；
所述边界条件处理模块，用于获得双曲拱坝的边界条件；
所述安全评估模块，用于对双曲拱坝的结构安全状态进行评估；
所述双曲拱坝设计参数存储模块将双曲拱坝体型参数输入到热渗流应力耦合有限元模块中；
所述双曲拱坝数据监测模块将监测数据传输到边界条件处理模块中，生成边界约束和载荷数据，并将边界约束和载荷数据输入到热渗流应力耦合有限元模块中；
所述热渗流应力耦合有限元模块根据双曲拱坝体型参数以及边界约束和载荷数据，对双曲拱坝的温度场、应力场和渗流场进行耦合计算，并将计算结果传输给安全评估模块；
所述安全评估模块根据热渗流应力耦合有限元模块的计算结果对双曲拱坝的结构安全状态进行评估。
应用本发明方法的一种设备实施例：
一种计算机设备，其包括：
一个或多个处理器；
存储装置，用于存储一个或多个程序；
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，使得所述一个或多个处理器实现上述的一种基于内聚力算法的双曲拱坝坝基渗流评估方法。
应用本发明方法的一种计算机介质实施例：
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述的一种基于内聚力算法的双曲拱坝坝基渗流评估方法。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备（系统）、计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于内聚力算法的双曲拱坝坝基渗流评估方法，其特征在于，
包括以下内容：
利用双曲拱坝监测数据生成热力学载荷数据和结构力学载荷数据，获得边界条件；
将边界条件输入到预先构建的基于内聚力算法的热渗流应力耦合有限元模型中，得到双曲拱坝坝基渗流计算值以及坝基渗流场的分布情况；
根据双曲拱坝坝基渗流计算值以及坝基渗流场的分布情况，对双曲拱坝的结构安全状态进行评估。
2.如权利要求1所述的一种基于内聚力算法的双曲拱坝坝基渗流评估方法，其特征在于，
所述基于内聚力算法的热渗流应力耦合有限元模型，对双曲拱坝的温度场、应力场和渗流场进行耦合计算，其采用内聚力算法模拟坝体和坝基交界面处的微裂缝和孔隙，并通过带有孔隙水压力自由度的三维二次单元计算双曲拱坝坝基的渗流场；
所述三维二次单元包括四面体网格形状或/和六面体网格形状或/和三棱柱网格形状。
3.如权利要求1所述的一种基于内聚力算法的双曲拱坝坝基渗流评估方法，其特征在于，
构建所述基于内聚力算法的热渗流应力耦合有限元模型，包括：
设置双曲拱坝拱圈的中心线参数方程，生成双曲拱坝中心线；
沿着双曲拱坝中心线，双曲拱坝法向厚度由一组随拱坝中心角变化的参数方程控制，所述参数方程为双曲拱坝中心线上任意点处的法向拱厚参数方程；
利用拱坝高程函数以及方程系数，计算中心线参数方程和法向拱厚参数方程中的未知参数，得到未知参数的参数值；
将参数值以及拱坝中心角带入中心线参数方程、拱厚参数方程，确定双曲拱坝坝体体型；
根据双曲拱坝坝体体型，通过参数曲线放样得到三维几何模型；
根据三维几何模型，通过坝体与坝基交界面处的几何拉伸自动生成坝基几何模型。
4.如权利要求1所述的一种基于内聚力算法的双曲拱坝坝基渗流评估方法，其特征在于，
还包括构建三维几何模型，其包括：
根据双曲拱坝体型参数，采用具有六面体网格形状的三维二次单元，对双曲拱坝进行网格划分；
采用薄层内聚力单元生成坝体与坝基的交界面。
5.如权利要求1所述的一种基于内聚力算法的双曲拱坝坝基渗流评估方法，其特征在于，
所述边界条件包括：
双曲拱坝温度场计算所需温度边界、上下游水位产生的静水压力和上游库底泥沙淤积压力；
双曲拱坝温度场计算所需温度边界包括坝体外部与空气接触部分温度边界，水位以下坝面温度边界，河谷、河岸在水位以下部分温度边界，河谷、河岸在水位以上部分温度边界，地基深部温度边界。
6.如权利要求5所述的一种基于内聚力算法的双曲拱坝坝基渗流评估方法，其特征在于，
坝体外部与空气接触部分温度边界采用传热学第三类边界，在接触面产生对流换热；
水位以下坝面温度边界等效为第一类边界条件，相应温度为实测水温；
河谷、河岸在水位以下部分温度边界，按照第一类边界条件处理，取值为相应高程实测水温；
河谷、河岸在水位以上部分温度边界，将其转化为第一类边界条件，具体取值为每旬平均气温；
地基深部温度边界受地温影响，地基侧面按绝热边界处理；
上游库底泥沙淤积压力根据泥沙淤积压力标准值、淤积泥沙的浮容重、坝前泥沙淤积厚度和淤积泥沙内摩擦角进行计算。
7.如权利要求1所述的一种基于内聚力算法的双曲拱坝坝基渗流评估方法，其特征在于，
基于内聚力算法的热渗流应力耦合有限元模型采用牛顿-拉夫森迭代方法进行求解，其包括温度场的计算、应力场的计算、渗流场的计算：
所述温度场采用热对流方程进行计算；
所述应力场采用内聚力单元内部的基于立方定律建立的平衡方程进行计算；
所述渗流场采用菲克扩散定律进行计算。
8.如权利要求1-7任一所述的一种基于内聚力算法的双曲拱坝坝基渗流评估方法，其特征在于，
在双曲拱坝的结构安全状态的评估前，将双曲拱坝坝基渗流计算值以及坝基渗流场的分布情况与已有的渗流监测数据，进行对比分析，以确定基于内聚力算法的热渗流应力耦合有限元模型仿真计算是否准确；
所述对比分析包括对不同测点的渗流量数据进行对比和残差分析。
9.一种基于内聚力算法的双曲拱坝坝基渗流评估方法，其特征在于，
包括以下步骤：
步骤1：根据双曲拱坝体型参数，生成三维几何模型，构建基于内聚力算法的热渗流应力耦合有限元模型；
所述基于内聚力算法的热渗流应力耦合有限元模型，用于对双曲拱坝的温度场、应力场和渗流场进行耦合计算，其采用内聚力算法模拟坝体和坝基交界面处的微裂缝和孔隙，并通过带有孔隙水压力自由度的三维二次单元计算双曲拱坝坝基的渗流场；
步骤2：利用双曲拱坝监测数据生成热力学载荷数据和结构力学载荷数据；
根据热力学载荷数据和结构力学载荷数据构建步骤1中的基于内聚力算法的热渗流应力耦合有限元模型的边界条件；
步骤3：根据步骤2中的边界条件，求解基于内聚力算法的热渗流应力耦合有限元模型，得到双曲拱坝坝基渗流计算值以及坝基渗流场的分布情况；
步骤4：利用步骤3中的双曲拱坝坝基渗流计算值以及坝基渗流场的分布情况，实现双曲拱坝的结构安全状态的评估。
10.一种基于内聚力算法的双曲拱坝坝基渗流评估系统，其特征在于，
应用如权利要求1-9任一所述的一种基于内聚力算法的双曲拱坝坝基渗流评估方法；
其包括双曲拱坝设计参数存储模块、热渗流应力耦合有限元模块、双曲拱坝数据监测模块、边界条件处理模块、安全评估模块；
所述双曲拱坝设计参数存储模块，用于存储双曲拱坝体型参数；
所述热渗流应力耦合有限元模块，用于对双曲拱坝的温度场、应力场和渗流场进行耦合计算；
所述双曲拱坝数据监测模块，用于对双曲拱坝的状态进行监测；
所述边界条件处理模块，用于获得双曲拱坝的边界条件；
所述安全评估模块，用于对双曲拱坝的结构安全状态进行评估；
所述双曲拱坝设计参数存储模块将双曲拱坝体型参数输入到热渗流应力耦合有限元模块中；
所述双曲拱坝数据监测模块将监测数据传输到边界条件处理模块中，生成边界约束和载荷数据，并将边界约束和载荷数据输入到热渗流应力耦合有限元模块中；
所述热渗流应力耦合有限元模块根据双曲拱坝体型参数以及边界约束和载荷数据，对双曲拱坝的温度场、应力场和渗流场进行耦合计算，并将计算结果传输给安全评估模块；
所述安全评估模块根据热渗流应力耦合有限元模块的计算结果对双曲拱坝的结构安全状态进行评估。
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