对荷载作用下一维渗流规律的新认识

按照Biot建立三维固结方程的基本思路,考虑到介质的渗透系数不是常量,而是孔隙率的函数,建立起多孔介质流固耦合渗流的基本方程对一维稳定渗流时的数学模型进行理论解答,探讨分析了耦合作用下多孔介质内流体压力的分布规律;对耦合作用下流体在多孔介质内的渗流规律提出了一点新的认识。     

弹性多孔介质中一维孔隙压力的生成

考虑到弹性多孔介质的渗透系数依赖于孔隙改变的特点，给出渗流耦合问题的基本方程；用初始层校正法求出了一维孔隙压力生成的摄动解；实例计算表明渗流的非线性对孔隙压力分布模式有明显影响。最后介绍了测量孔隙压力生成过程中流出试佯的非稳定流量，确定弹性多孔介质渗透系数的方法，测试时间大大小于传统的稳定渗流方法。     

基于应力场与渗流场耦合的土坝稳定性分析

基于多孔介质的渗流特性和土的非线性本构关系,研究了渗流场与应力场的耦合效应,根据弹性力学和渗流理论提出了耦合问题的力学模型及其控制微分方程,然后导出这一问题的有限元计算公式。针对某非均质土坝建立了非线性耦合分析模型,探讨了大坝的渗流与应力耦合规律,结果表明:坝体中渗流与应力的相互作用是不应忽视的;在其耦合作用下,坝体渗流场的总渗流量减小,而应力场的各应力分量的最大值增大。     

饱和非饱和渗流基本微分方程的推导

岩土体渗流的基本微分方程是解决岩土体渗流问题的理论基础及计算依据,本文根据多孔介质中层流运动的阻力关系,推导出达西定律。同时,根据质量守恒定律导出连续性方程。利用Jacob假定,结合达西定律与连续性方程导出了岩土体饱和渗流的基本微分方程,最后根据能量守恒定律得到非饱和渗流的基本微分方程。     

一类非牛顿流体非线性渗流的压力波解析求解方法及波形分析

一类非牛顿流体渗流的视粘度依赖于压力梯度，且在不同的压力梯度区间内变化规律不同。其具有既不同于牛顿流体渗流，也不同于幂律流体渗流和宾汉流体渗流的非线性渗流特征。建立了该流体在多孔介质内部渗流的数学模型并利用行波法推导出了压力波的解析解。通过一系列算例分析了渗流方程控制参数对压力波形的影响，对比了该类流体与牛顿流体渗流的压力波差异。     

坝址温度场与变物性渗流场全耦合分析

在只考虑流体性质受温度的影响条件下,根据多孔介质渗透系数与温度之间存在的线性关系,利用相关数据,分析了渗流场对温度较为敏感的敏感性。从温度变化引起水的密度和黏度的变化来考虑温度场对渗流场的影响,建立了温度场和变物性渗流场的瞬态全耦合数学模型,并初步探讨了这种全耦合模型的求解思路。采用FEMLAB软件,在原有模型的基础上做了二次开发,从而实现了该全耦合问题的有限元求解。通过工程实例,对所建的坝址温度场与变物性渗流场全耦合模型做了数值验证。计算结果表明,采用全耦合模型求解渗流问题时,坝址区温度升高,渗流流速普遍降低;温度场变动比较小,而渗流场变动相对大一些。     

坝址温度场与变物性渗流场全耦合分析

如果仅考虑流体性质受温度的影响，可得多孔介质渗透系数与温度之间存在线性关系，利用相关数据，计算得知渗流场对温度较为敏感。从温度变化引起水的密度和粘度的变化来考虑温度场对渗流场的影响，建立了温度场和变物性渗流场的瞬态全耦合数学模型，并初步探讨了这种全耦合模型的求解思路。采用FEMLAB软件，在原有模型的基础上做了二次开发，从而实现了该全耦合问题的有限元求解。结合工程实例，对所建的坝址温度场与变物性渗流场全耦合模型做了数值验证。计算结果表明，全耦合模型在求解问题时，坝址区温度升高，渗流流速普遍降低；温度场变动比较小，而渗流场变动相对大一些。     

裂隙岩体二维渗流水力学理论模型研究

本研究主要内容包括 :裂隙岩体随机网络模拟、分形几何描述裂隙岩体参数几何特征、二维裂隙岩体等效渗透系数估算、二维裂隙岩体渗流应力耦合 非耦合模型、三维等效连续介质渗流模型、二维裂隙岩体连续介质与离散介质耦合模型、渗流模型与离散元应力模型耦合分析工程问题等。(1)利用三维裂隙网络随机模拟模型 ,针对乌江构皮滩水利枢纽工程平硐裂隙数据 ,研究其裂隙几何参数的分布情况 ,对其中一个优势裂隙组进行了模拟和检验。在模型中 ,基于蒙特卡罗方法 ,对裂隙隙宽的模拟进行了尝试。并应用分形几何的理论对其网络分维和裂隙数分维进行了研究 ,提出应用分形几何来模拟裂隙岩体中裂隙几何参数的方法。(2 )基于裂隙网络的转形 ,提出了裂隙岩块等效渗透系数的简便算法。与数值计算方法比较 ,其计算更简便迅速。 (3)推导了裂隙渗流和应力耦合的理论关系 ,建立二维裂隙岩体渗流应力耦合 非耦合非稳定流模型和三维等效连续介质渗流模型。耦合模型中应用经典耦合关系进行了计算验证 ,模型可以计算多种耦合关系。 (4)建立二维裂隙岩体连续介质和离散介质耦合非稳定流模型 ,并对其数值算法进行了研究。耦合模型使用离散介质渗透理论描述岩体主干裂隙中的水运动 ,使用连续介质渗流理论来描述岩体次要裂隙及孔     

降雨作用下非饱和土边坡水力耦合过程分析

基于渗流理论、弹性理论及VG土-水特征曲线模型,建立了二维非饱和土渗流-变形耦合控制方程组。该控制方程突破了饱和时渗透系数是常数的局限,适用于任意初始条件和降雨条件的土坡稳定性分析。有限元软件COMSOL Multiphysics能根据已建好的非饱和土坡渗流-变形耦合模型开展分析。通过算例分析了非饱和土降雨入渗过程中渗流-变形的耦合效应,并探讨了考虑饱和渗透系数为变量情况以及不同的初始条件对渗流场和应力场的影响。结果表明:在非饱和土坡降雨入渗过程中渗流-变形的耦合效应是非常显著的,且与时间有关。对于湿陷性土,考虑耦合效应的压力水头变化总是慢于非耦合情况。饱和状态时渗透系数是应变的函数,其值的变化对非饱和土边坡渗流场有一定的影响,但对非饱和土边坡变形影响微弱。初始条件对渗流和变形的影响是非常大的。     

饱和多孔介质流固耦合渗流的数学模型

将基于多孔介质的有效应力原理引入流固耦合渗流中，并根据平衡条件得出了应力场方程；充分分析流固耦合渗流的物理特性，建立起孔隙度和渗透率动态模型；依据流体力学连续性方程，考虑流固耦合情形下多孔介质骨架变形特性和流体的可压缩性，得到了孔隙流体的连续性方程，即渗流场方程。在以上诸方程的基础上辅助以定解条件，建立起了完备的饱和多孔介质流固耦合渗流的数学模型。本文还对模型进行了简化分析，并与经典一维固结理论作定性对比，分析表明，经典的固结理论可认为是本文模型的一种简化。进一步的算例求解和验证工作正在进行中。     

非线性布西尼斯克方程的直线解法及渗透系数反演计算

本文提出了一种新的求解非线性Boussinesq方程正问题的数值方法。该方法利用有限差分方法把描述河渠间地下潜水非恒定流动的非线性偏微分方程转化为常微分方程，通过Runge-Kutta法求解。以此为基础，利用函数逼近及算子识别摄动法建立了渗透系数反演的正则迭代法，并给出了计算实例。其结果表明该方法具有数值精度高、稳定性好等优点。     

双层超固结软黏土地基一维非线性固结分析

本文通过引入固结土层孔隙比与固结压力和渗透系数之间的非线性经验模型，建立双层超固结饱和软黏土地基非线性固结控制方程，并基于半解析法，编制了相应的计算程序。利用该程序，针对不同排水条件、变荷载、自重应力沿深度实际分布等条件分析双层超固结饱和软黏土地基一维非线性固结性状。计算结果表明，双层超固结软黏土地基比正常固结软黏土地基沉降小、固结发展快。荷载的大小、上下土层先期固结压力、土体压缩性和渗透性的变化等对双层地基的固结性状均有明显影响。     

考虑孔隙演变的软土一维非线性固结有限差分分析

基于一种新的土体非线性压缩模型,建立了考虑瞬时荷载和变荷载的一维非线性固结方程。采用有限差分法获得了该固结方程的解,并通过与半解析解对比验证了差分法解的可靠性。基于该解,详细讨论了外荷载、土体初始压缩系数及压缩指数与渗透指数比值C_c/C_k对土体固结和沉降特性的影响。结果表明:C_c/C_k通过影响固结系数进而影响到土体固结速率,固结系数随C_c/C_k取值的减小而增大,因此土体固结速率随C_c/C_k取值的减小而增大;当土体初始压缩系数很小时,土体压缩性很小而接近弹性,此时可以忽略土体的非线性而直接采用Terzaghi固结解答计算;与李冰河所得固结解答相比,本文采用的非线性模型不需要考虑土体初始有效应力的影响,工程运用时相对更方便。     

软土地基一维非线性固结简化解法研究

为了解决饱和软土地基一维非线性固结微分方程的近似解相对误差大的问题,基于饱和软土地基一维非线性固结理论,考虑软土渗透系数和压缩性在固结过程中的非线性变化的影响, 给出了无量纲化的非线性固结控制方程,引入权重因子λ将非线性偏微分方程简化为线性方程,其中权重因子λ可取小数(0<λ<1),进而结合边界条件给出了考虑权重因子λ变化下的简化解析解。通过MATLAB软件数值编程计算对比可见:Lekha等近似解法是权重因子λ=0.5时的特例;Lekha等近似解与差分法数值解最大相对误差高达19%;采用变权重因子λ法的简化解则精度更高。文中提出的一维非线性固结简化解法便于软土非线性固结理论在工程实际中的应用。     

滑坡碎石土原位渗透试验及渗透系数预测研究

滑坡碎石土渗透系数是滑坡稳定性评价和治理工程设计的重要参数之一,由于影响渗透系数的因素较多,渗透系数与各影响因素之间的相关程度和相关关系是建立渗透系数经验公式的关键。对三峡库区秭归县15个滑坡30个试验点开展了原位渗透试验和颗粒级配试验,基于Person线性相关分析法和支持向量机回归(SVR)分析法,分析了碎石含量、孔隙比、特征粒径、曲率系数、不均匀系数与渗透系数之间的相关程度及滑坡不同位置各样本之间关联关系,建立了支持向量机回归模型。结果表明:渗透系数与滑坡碎石土的影响因素指标之间线性相关性不强,基于单因素指标建立的渗透系数线性经验公式可能存在较大误差;支持向量机回归方法能够较好地反映渗透系数与因素指标之间复杂的非线性关系,渗透系数的预测结果精度较高,可以作为滑坡碎石土渗透系数的预测模型。     

THE NONLINEAR CUSP-CATASTROPHE MODEL OF THE SEDIMENT TRANSPORT RATE

1 .　ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＦｒｏｍｔｈｅｆｉｒｓｔｅｑｕａｔｉｏｎｏｆｓｅｄｉｍｅｎｔｔｒａｎｓｐｏｒｔｒａｔｅｏｆＰ .Ｄｕｂｏｙｓｉｎ 1879,ｔｈｅｓｅｄｉｍｅｎｔｔｒａｎｓｐｏｒｔｒａｔｅｈａｓｂｅｅｎｓｔｕｄｉｅｄｂｙｍａｎｙｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｏ     

基于多孔介质土体分形特征的渗透系数研究

堤坝工程渗流计算中确定土体渗透系数尤为重要。利用分形维数不同尺度域,分析渗透破坏试验土样无标度区,指出土体细颗粒含量是决定土体分形维数的主要因素。基于多孔介质毛管束模型,推导了渗透系数和孔隙率与分形维数之间分形关系解析式,阐释了多孔介质土体渗透系数影响因子包括分形系数、孔径大小、分形维数及流体黏滞系数。利用土体渗透破坏试验结果,进一步论证了渗透系数和孔隙率与分形维数之间的非线性关系。结果表明:当分形维数大于2.83时,孔隙率随着分形维数的增大而减小,但在颗粒吸着水和薄膜水形成的黏聚力影响下,渗透系数随着分形维数增大而减小的规律不明显。研究结果可为渗透破坏形成机制及发展过程分析提供理论依据,减少堤坝渗透破坏致灾隐患。     

渗透力作用下黏土的大应变固结理论与试验研究

针对黏土铺盖裂缝的淤填处理问题，对渗透力作用下淤填黏土的固结机理进行了阐述，推导出以超孔隙水压力为控制变量的大应变固结微分方程。在理论模型推导中，考虑了孔隙比与有效应力以及渗透系数与孔隙比之间的非线性关系。通过渗透诱发固结试验确定了微分方程中的待定参数。此类参数为随有效应力和土层深度变化的量，体现了软黏土初始孔隙比、压缩性、渗透性及其沿深度变化等因素的综合影响。应用数值方法求解微分方程，得到超孔隙水压力沿深度的分布规律以及固结度的时空变化。对某水库土坝水平铺盖裂缝处淤填黏土固结过程的数值计算结果通过室内模型试验得到了验证。     

碾压混凝土渗透性的评价指标及其间关系初探

首先介绍了渗透性评价指标的测定方法。提出了一种确定室内试验渗透系与抗渗标号间关系的思路和方法，并根据在自行研制的高压多功能渗透仪上所做的大量芯样室内试验的成果，建立了江垭大坝碾压混凝土室内试验渗透系数与抗渗标号间的初步关系。最后根据江垭碾压混凝土坝芯样的室内试验成果和所收集的压水试验成果，建立了江垭大坝二级配，三级配碾压混凝土室内试验和压水试验渗透系数间的相关关系。     

变形介质油藏渗流规律和压力特征分析

本文基于渗透率随压力呈分段的指数变化规律，建立并求解了平面径向稳定渗流方程和非线性不稳定渗流方程。研究了不可压缩液体的稳定渗流规律和弱可压缩液体的不稳定渗流规律。推导出无限大油藏非线性不稳定渗流基本微分方程的解析线源解。建立了各种边界条件下考虑井筒储存效应和表皮效应的非线性不稳定渗流数学模型，并用数值法对其求解。绘制了相应的压力及其导数典型曲数，分析了渗透率变异系数对这些典型曲线形态的影响。