土石坝随机渗流场有限元分析

考虑岩土体的渗透系数在空间分布的变异性对坝体进行随机渗流模拟,应用Monte-Carlo随机有限元方法结合Matlab程序建立了随机场有限模型,计算了随机等势线,水力坡降等参数,并进行了相关参数的变异性分析。     

等效岩体随机节理三维网络模型构建方法研究

由于目前仍难以将建立的结构面网络模型直接应用于岩体力学行为的分析,构建反映节理真实空间状态的等效岩体模型是岩体工程稳定性分析与计算的研究基础。以内蒙古白云鄂博铁矿东矿为研究背景,通过现场节理测线法调查,运用概率统计理论对节理倾向、倾角、间距和迹长进行统计分析、偏差校正并建立概率分布模型。在此基础上,根据Monte Carlo随机模拟理论并采用Matlab软件,获取节理模拟数据,并通过OPEN GL三维可视化技术构建能充分反映工程岩体节理分布特征的等效岩体随机节理三维网络模型,模拟结果与实测数据具有良好的统计相似性。该研究成果可为等效岩体技术所利用,并为后续开展节理岩体变形特性、强度特性、尺寸效应、各向异性、表征单元体积(REV)、关键块体识别、开挖效应、破裂机理等量化分析研究奠定基础。     

三维天然渗流场反演分析及工程应用

建立了三维天然渗流场反演分析模型。有选择地确定了反演变量的类型，应用序列二次优化方法来求解，收敛稳定且效率较高，提出了效率及精度更高的灵敏度分析，反演了泰安抽水蓄能电站工程区的天然渗流场，与实际观测资料相比，天然渗流场的反演结果是合理的，精度满足工程要求。本次反演结果为岩体大型地下洞室群的渗控优化提供了基础。     

考虑渗流特性的岩体结构面分形特性研究

 裂隙的连通性和密度是影响岩体渗流特性的重要因素。从岩体渗流研究的需要出发,对计算机模拟的岩体裂隙网络,应用分形几何理论,提出考虑裂隙连通性和密度影响的岩体结构面信息维数的计算方法,建立信息维数与岩体渗透系数的关系,进而可以用信息维数和岩体结构面几何参数来直接推求各向异性裂隙岩体的渗透系数张量。工程算例表明：(1) 考虑渗流应力耦合作用时,用容量维数计算的渗透系数比用信息维数计算的值高出2倍多,说明用容量维数计算岩体渗透系数会夸大裂隙岩体的渗透能力;(2) 信息维数能较好地反映裂隙密度对渗流的影响。信息维数越大,表明岩体内连通裂隙数量越多,因而岩体的渗透性就更大一些。     

隧道渗流场数值模拟的实现

依某高寒区隧道工程实际,对现场结构面参数进行实测,在此基础上,利用Monte Carlo法生成节理贯通网络图,得到主要的优势结构面。利用渗透张量法计算得到不同方向的渗透系数,同时利用单孔压水试验修正,得到裂隙岩体的渗透系数张量。采用有限元软件模拟隧道的渗流场,模拟结果为下一步渗流场影响温度场的数值模拟提供渗流速度的参数。     

各向异性渗透系数随应变场动态变化分析

渗透系数是应力场与渗流场相互影响、相互耦合的桥梁,只有建立渗透系数与应力场或应变场的关系式,才能体现应力场对渗流场的影响,实现真正的渗流耦合分析。基于三维比奥固结渗流耦合理论,以Kozeny-Caman方程为基础,建立各向异性渗透系数与体应变之间的关系式,利用FLAC3D中嵌入的FISH语言编制相应程序,对土体单元赋予动态的渗透系数,实现应力场对渗流场的影响,进而实现应力场、渗流场两场真正的渗流耦合分析,并以基坑工程为例进行算例验证。研究表明,渗透系数随应变场(应力场)的变化而变化,当产生负的体应变时,渗透系数减小,产生正的体应变时,渗透系数增大,而且体应变对水平向渗透系数的影响较大,为岩土工程的动态渗流耦合分析提供参考。     

基坑开挖工程中渗流场的三维有限元分析

如何控制好地下水,减小其对基坑开挖和周围环境的负面影响,是基坑工程特别是深基坑工程设计与施工的重要组成部分。通过对基坑渗流场的三维分析,达到对基坑渗流场实际复杂情况的模拟,比较理想地反映基坑渗流场中等势线、流速矢量以及流量等渗流要素在不同条件下的变化规律,在一定程度上弥补过去对基坑渗流场研究的不足,为基坑工程止水防水设计提供一定的理论依据。     

非饱和渗流随机模型中水力要素的随机特性研究

为了分析非饱和渗流水力要素的随机特性,将土壤的水力特性参数作为随机空间函数,运用Karhunen-Loeve展开和摄动方法,对二维非饱和渗流进行随机数值模拟。研究结果表明:土壤越干燥,负压水头和含水率的变异性越大;Gardner-Russo模型中的m值越小,含水率的变异性越大;负压水头、含水率及达西流速的变异性对土壤质地的粗糙程度比较敏感;土壤介质的各向异性降低垂向达西流速的变异性。非饱和渗流的随机理论尚待进一步的研究和完善。     

三维裂隙岩体渗流场与应力场耦合模型研究

三维裂隙岩体渗流场与应力场耦合模型研究高海鹰夏颂佑（河海大学结构中心，南京，２１００９８）１前言目前，裂隙岩体渗流与应力相互作用数值模拟问题，分为连续性模型和离散性模型。前者对岩块和裂隙的透水性进行组合，视为一种等价的孔隙介质。例如，可以应用比奥固结...     

水封式LPG地下储库渗流场三维分析

介绍了水封式LPG地下储存的气密条件。对汕头LPG地下储库的丙烷储库做了渗流场三维分析 ,分析水幕作用及其对储洞周围渗流场的影响 ,论证了水封式LPG储库的有效性。对我国水封式地下LPG储库的设计、施工和理论的发展提供了依据     

裂隙岩体三维渗流网络搜索及稳定渗流场分析

 从实际工程结构面统计资料以及结构面本身渗流特性出发,结合逾渗理论分析裂隙岩体渗流网络的组成特点,研究三维块体切割技术与逾渗理论在裂隙类型分类上的相似性问题,进而在既有三维块体切割技术基础上增加渗流面阻水特性判断等模块,形成三维渗流网络搜索算法,解决三维渗流网络难以建立的问题。并在此基础上,根据Louis公式和广义达西定律编制裂隙岩体三维渗流网络搜索及恒定流分析程序3D-Network-Seepage.f90,用于裂隙岩体三维渗流网络构建与恒定渗流计算分析。然后,结合算例对该方法进行验证,结果表明：所提方法不仅能够生成客观、正确的渗流网络,还能准确地反映裂隙面水流的运动规律以及裂隙网络中实际水流的流动趋势,但该方法还有待于在实际工程中进行验证。     

北江大堤石角段强透水堤基渗流分析

北江大堤石角段修筑的深厚的强透水砂卵石层上,虽经过截渗（高喷墙）、压渗、排渗（减压井）等工程处理,汛期堤内仍有险情出现。通过对险段补充地形、地质的测量勘探,查明原河床与Ⅰ级阶段地分界线,通过对该堤段测压管资料的分析整理,对整个渗流场有了全面的认识,采用水平二向渗流有限元对全石角段渗流场进行分析计算,从宏观上较好地反映了实际的渗流状况,明确了危险区域和出险原因,为加固处理提供了依据。     

大连地下石油储备库初始渗流场数值反演

 初始渗流场分析是水封式地下石油储备库设计中的重要内容和先决条件,现场压水试验只能提供较准确的各向同性渗透系数,而不能反映各向异性的渗透特征。结合大连地下石油储备库工程,提出一种基于随机节理网络模拟技术反演岩体各向异性渗透特征的方法。首先,采用三维离散元程序3DEC内置的Fish语言,直接生成不同尺寸的三维节理网络模型,通过推导的判别式来统计模型中各组节理的个数及产状信息。其次,利用裂隙介质的渗透张量理论计算不同尺寸的岩体渗透张量,进而确定节理岩体的表征体元(REV)。根据现场压水试验实测资料,修正节理岩体的渗透张量,再利用Matlab软件计算渗透主值及渗透特征向量。最后,考虑渗透系数的空间正交各向异性,采用FLAC3D的Fl_anisotropic的渗流模型反演库区的初始渗流场,为水封式地下石油储备库水幕设计及稳定性分析提供较合理的初始渗流场条件。     

含复杂裂隙网络岩体渗流特性研究的复合单元法

研究含复杂裂隙网络岩体渗流特性的复合单元法，该方法首先利用蒙特卡罗方法随机生成符合给定概率分布特征的复杂裂隙网络；然后通过叟切和拓扑运算将各裂隙段置于常舰有限单元内部，形成内含由多个裂隙段分划而成的子单元的复合单元，根据推导的公式计算渗流场进而分析岩体的渗透特性。该方法具有以下几个主要特点：（1）可与传统的有限冗法融合;（2）可考虑每条裂隙的具体位置、产状、开度、长度和渗透性质；（3）可考虑岩石的渗透性及其与裂隙间的流量交换；（4）可计入不连通裂隙对渗流场的影响；（5）复合单元的拓扑信息由裂隙网络与常规有限单元边界的交切及其单元内部裂隙段的相互交切面生成，由于先没有考虑裂隙，故复合单元前处理简单。用复合单元法分析含复杂裂隙嘲络岩体的渗流行为及其渗流特性是一种新的数值模拟手段。算例分析表明该方法的可行性和有效性。     

多层强透水地基渗流计算的应用研究

针对堤防透水地基范围大、呈多层水平分布、地形复杂的特性，通过越流补给建立各层透水层及地表间联系，结合双层强透水层减压井计算公式及改进井点修正方法，研制出多层水平二维(向)有限元程序。这是一种简化算法，忽略次要的强透水层垂向渗流及弱透水层的水平渗流，强调强透水层中的层间流动及层间越流补给主要特性，用二维方法较好地解决了三维问题。在北江大堤的多项实际工程中应用，解决了工程难题。     

采取止水措施的基坑渗流场研究

用有限元方法对设置止水结构物的基坑渗流场进行计算 ,并描绘出此时的基坑渗流场特点 ,分析了止水结构物的作用机理及其特性对止水效果的影响     

岩石力学三维有限元分析的代数多重网格求解法

多重网格法是一种求解由偏微分方程边值问题所导出的代数方程组的快速算法，几何多重网格法存在某些缺陷，影响它的推广应用。采用代数多重网格法求解岩石力学三维有限元离散线性方程组，简要介绍代数多重网格三维粗网格形成方法与三维插值算子，利用研制的基于代数多重网格法的三维有限元程序进行一系列数值试验。结果表明：代数多重网格法求解各种复杂计算条件下岩石力学三维有限元方程时具有良好的收敛特性和较强的适应能力，计算效率远高于直接法求解器，为大规模岩土工程三维有限元分析提供一种快速有效的方法。     

某水电站坝址区三维渗流参数反演

用有限元法对某水电站坝址区的渗流场参数进行了反演,结合工程地质和水文地质资料以及坝区的钻孔抽注水试验,反演得到了各覆盖层的渗透系数,并计算了整个坝址区的渗流场,为大坝建成后运营期的渗流场计算提供了基础。     

非线性串联体系的随机地震可靠性分析

对非线性串联体系进行了随机地震反应分析,地震动随机过程模型采用常用的非平稳过滤白噪声模型,非线性主要考虑其材料的非线性,滞变恢复力模型采用Bouc-Wen模型,获得了结构地震随机反应的反应样本,利用Monte Carlo模拟方法,统计分析了结构在不同限值水平下的失效概率,分析了串联体系与其单元失效概率的关系。     

裂隙岩体三维渗透张量及表征单元体积的确定

 将基于复合单元法的数值试验和现场单孔压水试验相结合,对裂隙岩体的三维渗透张量及表征单元体积(REV)进行研究。首先根据研究域岩体的裂隙统计参数及分布规律,运用蒙特卡罗方法在统计域内生成三维随机裂隙网络,然后利用复合单元法计算不同尺寸岩体试件在不同方向上的等效渗透系数,以此计算岩体的三维渗透张量及REV尺度,最后利用现场单孔压水试验结果来修正裂隙岩体的3个渗透主值。在小湾水电站工程中,运用该方法对坝区岩体的三维渗透特性进行分析,得到修正后的岩体三维渗透张量,分析结果表明,结合单孔压水试验和基于复合单元法的数值试验来确定裂隙岩体的三维渗透张量和REV是合理且有效的。