融合隐式差分与光滑有限元的土石坝瞬态渗流时空演化分析

来源：水资源与水工程学报杂志2026年第2期北京时间：

作者：戴前伟，熊哲贤，郝风云，雷轶，武赟，张彬，朱俊婕

单位：（1.中南大学地球科学与信息物理学院,2.中南大学有色金属成矿预测与地质环境监测教育部重点实验室,3.哈巴河金坝矿业有限公司

摘要：针对传统数值方法在土石坝瞬态渗流模拟中面临的网格依赖性强、显示时间积分步长受限等瓶颈，提出了一种融合光滑有限元法（S-FEM）与无条件稳定隐式时间差分的高效分析方法。该方法在空间离散层面引入梯度光滑策略，将单元域面积分转化为边界线积分，显著降低了对网格质量的敏感性；在时间离散层面构建隐式差分与光滑有限元耦合求解格式，实现了非线性系统的无条件稳定收敛。典型心墙土石坝算例表明：该方法能精准捕捉库水位波动下坝体内部浸润线、水头及渗流速度的时空演化特征，对饱和-非饱和过渡区响应灵敏；与商业软件SEEP/W对比验证显示，该方法在保证计算精度的前提下，显著提升了复杂非线性渗流问题的求解效率与数值稳定性，为土石坝动态安全评估提供了可靠的数值工具。

关键词：土石坝,瞬态非饱和渗流,光滑有限元法,无条件稳定隐式时间差分,商业软件,典型心墙,渗流场

基金资助：国家自然科学基金项目(42374180、42174178)； 国家重点研发计划项目(2018YFC0603900)； 湖南省青年科学基金项目（C类）(2026JJ60415)