饱和-非饱和介质水-应力耦合弹塑性二维有限元分析

从建立应力平衡方程、水连续性方程和弹塑性矩阵入手，使用Galerkin方法，将各控制方程分别在空间域和时间域进行离散，初步开发出了一个用于分析饱和-非饱和孔隙介质中水-应力耦合弹塑性问题的二维有限元程序。通过引入一组特定的与非饱和状态有关的计算公式，对一个假定的非饱和土体中水-应力耦合问题进行了数值计算，考察了不同时间土体中的位移、孔隙水压力、有效主应力、流速和塑性区的分布，定性验证了该程序的正确性。     

不同场热-水-应力耦合过程二维有限元分析

从建立应力平衡方程、水连续性方程、能量守恒方程和弹塑性矩阵入手,提出了一个饱和-非饱和孔隙介质中的热-水-应力耦合模型和开发了相应的有限元程序.为验证本耦合模型及程序的可靠性和重点探讨不同场的热-水-应力耦合过程,以高放射性核废料地质处置的Prototype Repository Project(PRP)原位试验为模拟对象,对一个处置试验坑道近场进行了水单场、热-水耦合、水-应力耦合、热-应力耦合和热-水-应力耦合条件下的数值分析,考察了工程屏障及围岩中的温度、饱和度及应力的变化、分布情况,并得出了一定的认识.     

不连续面对饱和-非饱和介质热-水-应力耦合影响的二维有限元分析

从建立应力平衡方程、水连续性方程、能量守恒方程入手，利用Galerkin方法，对于岩体和不连续面分别采用等参数单元和具有相同厚度的四节点节理单元，将各控制方程分别在空间域和时间域进行离散，建立了用于分析存在不连续面的饱和-非饱和介质中的热-水-应力耦合弹塑性问题的有限元模型，并开发了相应的计算程序。通过假定的有、无节理的核废料地下处置算例，表现了由于存在渗透系数很大的不连续面，推迟了缓冲材料达到饱和的时间，并对岩体中的位移场、应力场和渗流场产生很大的影响。     

核废料地质处置近场热-水-应力-迁移耦合二维有限元分析

引入渗透迁移方程,将所开发的饱和-非饱和孔隙介质中热-水-应力耦合弹塑性模型及其二维有限元程序进行了扩展和改进,使之可以同步地对温度场、渗流场、应力场和放射性核素浓度场的变化进行解析。然后针对一个假想的核废料处置库算例,考察了在热-水-应力-迁移耦合作用条件下近场温度、孔隙水压力及放射性核素浓度的分布及变化。     

饱和–非饱和介质水–应力耦合弹塑性二维有限元分析

从建立应力平衡方程、水连续性方程和弹塑性矩阵入手,使用Galerkin方法,将各控制方程分别在空间域和时间域进行离散,初步开发出了一个用于分析饱和–非饱和孔隙介质中水–应力耦合弹塑性问题的二维有限元程序。通过引入一组特定的与非饱和状态有关的计算公式,对一个假定的非饱和土体中水–应力耦合问题进行了数值计算,考察了不同时间土体中的位移、孔隙水压力、有效主应力、流速和塑性区的分布,定性验证了该程序的正确性。     

核废料处置概念库近场热-水-应力耦合二维有限元模拟

建立了分析饱和–非饱和介质中热–水–应力耦合现象的应力平衡方程、水连续性方程、能量守恒方程和弹塑性矩阵,并使用所开发的有限元程序对一个核废料处置概念库近场的热–水–应力耦合过程进行了数值模拟,考察了缓冲层及岩体中若干点的温度、饱和度、孔隙水压力及水平方向正应力随时间的变化情况,并将部分结果与国外类似软件的计算数据作了对比,看到二者的规律在定性上有某种一致性,但定量上仍存在一定差别,笔者试着分析了原因并得出了一定的认识。     

气液二相非饱和岩体热–水–应力耦合模型及二维有限元分析

针对高放射性核废料地质处置中水及水蒸汽二相共存的非饱和孔隙岩体,根据相关的理论,推导了应力平衡方程、流体连续性方程及能量守恒方程,使用Galerkin方法将各控制方程分别在空间域和时间域进行离散,初步开发出了相应的分析热–水–应力耦合弹塑性问题的二维有限元程序。通过一个核废料处置概念库的计算认识到:高放废物地质处置后的几十年内,缓冲层中的温度及液相饱和度均上升,同时该区域内要出现明显的应力、孔隙水压力、温度、液相饱和度和气相饱和度的集中现象。     

热–水–应力耦合模型及FEBEX原位试验二维有限元分析

从建立应力平衡方程、水连续性方程、能量守恒方程和弹塑性矩阵入手,提出了一个饱和–非饱和孔隙介质中且可考虑膨胀应力的热–水–应力耦合模型,并编制了相应的二维有限元程序。以高放射性核废料地质处置的FEBEX原位试验为模拟对象进行了数值分析,比较了实测值和计算值,从而验证了程序的正确性并从分析结果中得到了一些有益的认识。     

热–水–应力耦合模型及FEBEX原位试验二维有限元分析

从建立应力平衡方程、水连续性方程、能量守恒方程和弹塑性矩阵入手,提出了一个饱和–非饱和孔隙介质中且可考虑膨胀应力的热–水–应力耦合模型,并编制了相应的二维有限元程序。以高放射性核废料地质处置的FEBEX原位试验为模拟对象进行了数值分析,比较了实测值和计算值,从而验证了程序的正确性并从分析结果中得到了一些有益的认识。     

考虑水-应力耦合作用的地下洞室的锚杆支护效果

从建立应力平衡方程、水连续性方程入手,使用Galerkin方法,将各控制方程分别在空间域和时间域进行离散,开发出了一个用于分析饱和岩土介质中水–应力耦合弹性问题的二维有限元程序。通过处于地下水位以下的洞室施工时锚杆支护效果问题的模拟计算表明:在有地下水赋存的条件下,锚杆的作用仍主要是约束围岩位移,但比无水时有所减弱,其对岩体中渗流的抑制效果不大,而渗透系数的取值方式将明显地影响孔隙水压力的分布。     

基于ABAQUS程序的结构静力和动力弹塑性分析

在ABAQUS有限元分析软件的基础上,开发了针对钢筋混凝土杆系结构弹塑性分析的混凝土材料子程序。在程序中,建立了基于应力-应变关系层面的材料非线性本构关系及滞回模型。通过分析钢筋混凝土杆件在不同受力和边界情况下的静力和动力往复性能,说明该本构模型能准确模拟杆件的性能。为了验证该程序分析结构的能力,建立了一个高层框架结构,进行了静力推覆和动力弹塑性时程分析,对结构的弹塑性有较准确的模拟,结果能够反应结构在地震时的性能,说明本程序具有良好的分析性能,可以进行钢筋混凝土高层结构的静力和动力弹塑性分析。     

Thermo-hydro-mechanical modeling of fault discontinuities using zero-thickness interface element

In this paper,a coupled thermo-hydro-mechanical(THM) simulation in a faulted deformable porous medium is presented.This model involves solving the mass conservation,linear momentum balance,and energy balance equations which are derived from the Biot's consolidation theory.Fluid pore pressure,solid displacement,and temperature are chosen as initial variables in these equations,and the finite element method in combination with the interface element is used for spatial discretization of continuous and discontinuities(fault) parts of the medium to solve the equations.The main purpose of this study is providing precise formulations,applicability,and ability of the triple-node zero-thickness interface element in THM modeling of faults.It should be noted that the system of equations is solved using a computer code written in Matlab program.In order to verify the developed method,simulations of index problems such as Mandel's problem,and coupled modeling of a faulted porous medium and a faulted aquifer are presented.The modeling results obtained from the developed method show a very good agreement with those by other modeling methods,which indicates its accuracy.     

A fully coupled thermo-hydro-mechanical model for unsaturated porous media

In examining potential host rocks for such purposes as the disposal of high-level radioactive wastes,it is important to understand the coupled thermo-hydro-mechanical（THM） behavior of a porous medium.A rigorous and fully unified coupled thermo-hydro-mechanical model for unsaturated porous media is required to simulate the complex coupling mechanisms involved.Based on modified Darcy＇s and Fourier＇s laws,equations of mechanical equilibrium,mass conservation and energy conservation are derived by introducing void ratio and volumetric liquid water content into the model.The newly derived model takes into account the effects of temperature on the dynamic viscosity of liquid water and void ratio,the influence of liquid flow on temperature gradient（thermo-osmosis）,the influence on mass and heat conservation equations,and the influence of heat flow on water pressure gradient and thermal convection.The new coupled THM constitutive model is constructed by a finite element program and is used to simulate the coupled behavior of a tunnel during excavation,ventilation and concrete lining stages.Oil and gas engineering,underground disposal of nuclear waste and tunnel engineering may be benefited from the development of the new model.     

弹塑性p–y模型及非线性地基梁的增量有限元法

在水平受荷桩基的分析与计算中,p–y曲线法是应用较为广泛的方法之一。在边界面弹塑性理论的框架内,建立了一个p–y模型。与传统的p–y曲线比较,该模型能通过不同的参数取值,模拟不同非线性特性的p–y关系,并能模拟往复荷载作用下的桩土相互作用。同时采用非线性地基梁的增量有限元法,结合提出的弹塑性p–y模型,编制了有限元分析程序,对单调和往复水平荷载作用下的桩土系统进行实例分析,结果表明该方法能有效的模拟水平荷载作用下的桩基非线性响应。     

2D and 3D finite element analysis of underground openings in an inhomogeneous rock mass

The finite element analysis of the underground openings excavated for Koyna hydroelectric project, Maharashtra, India, has been conducted. 2D and 3D models have been developed assuming that the rock mass obeys Drucker–Prager failure criterion. The computed deformations and the stress distribution, around these openings, have been compared with the in situ measurements. The study reveals that the 2D elasto-plastic analysis underestimates the deformations. On the other hand, the 3D elasto-plastic analysis yields results, which compare reasonably well with the in situ measurements. The effect of weak zones in the rock mass and creation of multiple cavities in the nonhomogeneous rock mass has also been considered in the analyses. Such a study is found to be very helpful for evaluating the stability of underground openings when extensive realistic input data is available for nonhomogeneous rock mass.     

尤卡山坑道规模试验热–气–应力耦合过程 的离散元模拟

 简述二维离散元程序UDEC4.0中求解热–水–应力耦合问题的主要的理论背景、控制方程和计算原理。针对美国尤卡山高放射性核废料地质处置坑道规模试验,使用UDEC程序进行热–气–应力耦合过程的数值模拟,分析坑道周边的位移、主应力、节理开度、气压力及气体流速的变化;并将本计算的部分结果和实测数据及国外有限元/有限差分方法的成果进行比较。结果表明,三者温度、应力的分布与变化较为接近,位移分布与LBNL的结果在定性上较为一致,在定量上加热时间短时二者差别较明显,但在同样的数量级内,加热时间长时本计算和LBNL计算所得的位移值与实测结果的接近程度大体相当。从而可以认为使用离散元方法对核废料地质处置中的热–水/气–应力耦合过程进行模拟是可行的。     

硬化规律对土的弹塑性应力-应变模型影响的研究

在建立士的弹塑性本构关系时,时常应用不同的硬化规律。本文研究了不同硬化规律对土的弹塑性模量矩阵[D]ep。的影响;建议了探求屈服面与塑性势面的方法;也推导了三元、平面应变与轴对称情况下[D]ep的普遍表达式,供有限元法分析之用.     

Analysis of 2-D Steady Incompressible viscous Flow on Microcomputers Via Vorticity-Streamline Mixed Finite Elements

A mixed, isoparametric finite element model for analysis of two-dimensional, steady, incompressible Newtonian flows for a microcomputer has been developed. An ad hoc mixed variational principle, in terms of vorticity ω and streamline φ functions, has been used in the finite element formulation. The six-node, isoparametric element has been employed in the computer program VISFLOW-2D which uses the newton-Raphson method to perform the nonlinear analysis. Computed ω and φ functions over a given domain are then used by the computer program PRESS-2D, to calculate the pressure distribution. The unsymmetric frontal solver is used to solve the linearized equations in ω-φ formulation and the symmetric frontal solver in the pressure formulation. A postprocessor has also been developed to plot the contours for ω, φ, and p, called CONT. This program splits each deformed or undeformed six-node, isoparametric element into 16 three-node triangular elements and computes the nodal values for the resulting elements before a linear interpolation is employed for plotting a contour. The procedure for analysis of steady, two-dimensional, incompressible viscous flow was then used to solve the problem of flow around a cylinder on a microcomputer.