岩土工程渗流问题之有限单元法：理论、模块化编程实现、开源程序手把手实操技术

有限单元法在岩土工程问题中应用非常广泛，很多商业软件如Plaxis/Abaqus/Comsol等都采用有限单元解法。尽管各类商业软件使用方便，但其使用对用户来说往往是一个“黑箱子”。相比而言，开源的有限元程序计算方法透明、计算过程可控，用户可根据自己的需求进行必要的修改，这一点对于科研人员特别重要。然而，长期以来由于有限元开源程序的欠缺、教学方法以介绍理论为主、手把手基于Tutorial的实操培训欠缺、学员编程基础相对薄弱等原因，开源有限元的使用在国内相对较少。然而，科研领域的很多新的东西很难实现在商业软件中（除非通过复杂的二次开发），如果掌握一些开源有限元的基本流程，对科研等工作大有益处。

本文主要针对岩土工程中的渗流问题（后续将进行强度问题、固结问题等专题），手把手教大家如何一步一步地搭建自己的模型，包括前处理输入文件的准备、计算可执行文件的编译生成、后处理输出文件的可视化等，其中的编程模块尽可能做到让学员零基础开始，通过提供标准程序库使用搭积木、摆乐高的形式模块化进行，加强学员的易上手、可操作性。学员只需了解简单的编程语句结构即可，甚至都不需要懂某种编程语言的具体语法。通过本课程的学习达到以下目标：学完以后发现不经意间已经学会了某种编程语言（尽管没有进行单独的语言学习），发挥通过实例学习的益处。

介绍Paraview等后处理软件的使用及其Fortran/Python等接口程序。应用实例包括水工建筑物附近的渗流、市政垃圾填埋场、工业污染土场地附近的渗流等及其相应的渗控措施质量控制等。同时现场讲解源程序的修改与重新编译，方便各个领域可以更好地交叉融合、扩展应用

有限元编程基础知识

1.有限单元法基础简介（离散化、存储策略及方程解法、边界条件的处理）

2.编程语言Fortran及编译工具Intel Visual Fortran(IVF)简介

3.Fortran/Matlab/Julia等开源代码及程序库（geomlib/femlib）简介

4.水工建筑物渗流模型相关模块及计算流程

5.水工、市政、工业等相关渗流问题介绍

水工渗流模型搭建

坝基、坝下、围堰渗流

1)Programming the Finite Element Method主程序P1流程讲解

2)输入文件准备、输出文件（水头分布、渗流量、坝下渗透浮力、水力梯度分布）、IrfanView的安装、Paraview可视化（手把手操作与讲解）、流函数流线解

3)源代码按需修改与重新编译(如多层岩土体、应用于随空间变异的岩土体参数)

2 过坝、坝体、自由面渗流

1）ProgFEM主程序P2流程讲解(固定网格法、变网格法)

2）输入文件准备、输出文件（浸润线、等水头线等）Paraview可视化（手把手操作与讲解）

3）源代码按需修改与重新编译（如黏土心墙坝、碾压质量不均的土石坝）

市政黏土垫层防渗

环境土工问题一

1）垃圾填埋场、平原水库等工程的黏土垫层设计简介

2）黏土垫层竖向渗流ProgFEM主程序P3流程讲解(二维、三维)

3）输入文件准备、输出文件解释（渗漏量等）、图表绘制（Python）

4）竖向等效渗透系数、渗透性检测、质量控制

工业污染土固化与稳定后渗流控制

环境土工问题二

1）工业污染土的固化与稳定（Solidification/Stabilisation）处理技术

2）大面积污染土固化与稳定后的渗流ProgFEM主程序P4流程讲解（二维、三维）

3）输入文件准备、输出文件解释（渗漏量等）、图表绘制（Python）

4）水平向等效渗透系数、渗透性检测、质量控制

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