孔隙流体可压缩各向异性土体三维固结半解析数值模拟

 基于满足边界条件的位移和超孔隙水压力试探函数,利用半解析数值原理建立考虑孔隙流体可压缩性各向异性层状土体三维Biot固结问题的有限层求解格式,由三角函数系的正交性实现加权余量方程按不同级数项的解耦。在编制相应计算程序实现有限层方程求解的基础上,进行算例数值分析,通过计算结果和经典解答的对比验证半解析数值方法的有效性,同时说明渗透各向同性、孔隙流体可压缩性、横观各向同性以及土体层状分布对三维固结行为的影响。     

考虑共同作用的桩基承台梁结构半解析半数值法

基于半数值解析方法，通过合理选择桩—土—承台梁的相互作用协调位移模式，利用拉格朗日势能驻值原理导出了上部结构—承台—桩—地基共同作用分析的方程，并由此可得到体系各部的内力及变形反应。同时通过数值计算，也得到了一些有关相互作用理论的有益结论，可应用于工程设计。     

单桩非线性分析的半解析半数值方法

在分析了桩侧摩阻力和桩周土剪切位移相互关系的基础上 ,提出了一种单桩非线性分析的半解析半分析方法 ,该方法可以分析位于多层介质中单桩的非线性位移。在该方法中 ,采用了两种模型 ,第一种为Randolph提出的解析式 ,该方法可计算在剪切应力作用下土的位移的和桩周土的剪切应力 ,另一个模型为双曲线模型 ,该曲线可用来描述桩侧摩阻力与桩周土的局部剪切位移的非线性关系。该计算方法所得到的计算结果与现场试验结果以及有限元计算结果非常吻合     

单桩非线性分析的半解析半数值的方法

在分析了桩侧摩阻力和桩周土剪切位移相互关系的基础上，提出了一种单桩非线性分析的半解析半分析方法，该方法可以分析位于多层介质中单桩的非线性位移。在该方法中，采用了两种模型，第一种为Randolph提出的解析式，该方法可计算在剪切应力作用下土的位移和桩周土的剪切应力，另一个模型为双曲线模型，该曲线可用来描述桩侧摩阻力与桩周土的局部剪切位移的非线性关系。该计算方法所得到的计算结果与现场试验结果以及有限元计算结果非常吻合。     

考虑孔隙流体压缩性的土体平面应变固结 半解析数值分析

针对 Biot 固结基本方程的特点,在构建满足边界条件的位移和超静孔压试探函数的基础上,由 Galerkin 法 建立了考虑孔隙流体可压缩性渗透 各向异性 层状 土体中平面应变固结问题的半解析数值求解格式,并利用三角函数系的正交性实现了加权余量方程按不同级数项的解耦。在此基础上,编制相应计算程序实现了半解析数值方程的求解。通过算例对比分析验证了半解析数值方法的正确性,并说明了其处理渗透各向同性、孔隙流体可压缩性和土体层状的能力。     

桩筏基础与地基共同作用的半解析半数值分析法

将群桩筏板基础离散成桩和弹性板,桩筏基础与地基的共同作用转化为桩、弹性板与地基之间的力与位移协调分析。对不同的地基模型求解相应的地基柔度系数,同时将桩作为弹性杆件求解其柔度系数,并将筏板视为地基上的四边自由矩形板,求出其在地基反力、桩顶反力和外荷载以及简支边广义位移共同作用下的位移,最后通过力和位移协调建立桩、筏、地基之间的共同作用方程并求解。算例对比表明半解析半数值方法具有较好的精度,能满足实际工程计算需要。     

衡水市地下水流数值模拟

通过对衡水市地下水系统特征的分析,建立了水文地质概念模型,并用FEFLOW建立三维地下水流数值模拟模型。应用识别与校正后的模型预测不同开采方案下的地下水动态。对于浅层地下水,方案1水位下降速率最慢,方案4水位下降速率最快;对于深层地下水,方案2水位最高,下降速率最慢,方案3水位最低,下降速率最快。从地下水资源可持续利用角度考虑,按方案2规划开采比较合理。     

高填方路基沉降预测的半数值半解析方法

根据高填方路基施工过程和沉降的特点,基于对北京某工程的天然地基、藕塘抛石挤密、CFG桩、夯扩载体桩和天然地基与CFG桩的混合地基等典型地基的7个典型断面实测数据的分析,提出一种适用于工程应用的半数值半解析方法。本方法充分利用数值模拟方法能够模拟复杂地基类型,传统解析方法能够考虑时间和加载条件的优点,预测高填方路基施工期间和工后的沉降。该方法应用简便,可用于分析各种型式的地基填方工程,具有较强的实用性,能够为工程施工、建设和维护提供可靠的依据和建议。     

《地下水流数值模拟理论方法及模型设计》推介

介绍了《地下水流数值模拟理论方法及模型设计》一书的专业层次定位、写作主导思想及各章节主要内容。该书结合44个案例,对诸多地下水数值模拟的前沿问题及关键要素进行了深度探讨,具有很强的思辨性;防止模拟失真,提高仿真性是数值模拟的核心贯穿全书始终。同时,其后语部分关于学术道德和学风建设的简述令人感悟。     

平板网架结构的半解析半数值解

本文采用综合离散化分析方法分析平板网架。该方法既采用了有限元法处理离散体结构的便利,能真实反映不等高网架、变截面网架和其它结构情况,又通过力学途径用一组满足边界条件的位移函数来描述网架结构位移场,使得由求解节点位移变成求解位移函数中的待定参数,以达到减少所需求解未知量的目的。计算结果表明,本文方法具有相当的计算精度,并有未知量少(一般不超过30个),工作量省,可在微机或袖珍机上计算等许多半解析半数值方法的特点。     

安徽李楼铁矿矿床充水因素及地下水三维流数值模拟研究

安徽李楼铁矿地质、水文地质研究程度较低,随着生产规模扩大,给安全生产带来隐患,所以需进一步查明该矿区的水文地质条件,预测该矿区的矿坑涌水量,为矿山建设提供科学依据。本文通过分析矿区水文地质条件,研究矿床充水水源、充水通道以及影响充水强度的各种因素;依据有限差分法,利用Modflow数值模拟软件建立了地下水数值模型,并运用该模型预测了-200m深度开采的矿坑涌水量。预测结果合理,可以做为矿山开发规划的依据,并对该矿山防、治水措施提出了建议。     

地下水位波动下基坑周围地基土的孔压响应半解析解

水位波动条件下的基坑性状研究是随工程实践产生的新课题,而基坑周围的孔压响应机制是该课题的关键问题。将基坑渗流场分区,假设土体总应力不变,将固结方程解耦,利用Laplace、Fourier变换推导了浅层含水层内地下水位波动时板式支护基坑周围地基土孔压响应的二维近似半解析解。利用该解答,对综合系数θ（与土体固结系数、海床厚度、水位波动周期相关）、孔隙流体压缩系数与围护墙插入深度的影响进行分析。结果表明：孔压波动幅值沿基坑最短渗流路径不断衰减,滞后相位不断增大;θ越大,基坑周围地基土的相对孔压波动幅值越小,滞后相位越大,稳态渗流时的相对孔压为地下水位波动条件下不同θ值相对孔压波动幅值的极大值;孔隙流体压缩系数越大,基坑周围的波动孔压响应幅值越小,滞后相位越大;围护墙插入深度越大,主动侧相对超孔压波动幅值越大,被动侧波动幅值则越小。     

柱坐标系下地下水非稳定流模拟的有限层法

在柱坐标系下,利用贝塞耳函数和基函数提出了满足地下水流动边界条件的降深试探函数;采用伽辽金法原理,推导了层状非均质各向异性越流承压含水层中地下水非稳定流的有限层方程,建立了地下水流动的有限层分析方法。在此基础上,编制了相应的计算程序实现了有限层方程的求解。经典算例的解析解与有限层解的对比分析验证了本文方法的正确性和有效性。     

饱和-非饱和带地下水流数值模型的双层迭代方法

为了避免求解高度非线性的三维饱和-非饱和水流方程,本文假设在非饱和带和饱和带中地下水流分别由一维垂向流模型(θ-模型)和二维水平流模型(H-模型)描述。在地下水面的水流通量(qH)是连接θ-模型和H-模型的边界条件。通过将垂向平均含水量-θ(H,t)展开成以H为变量的一阶Taylor级数,qH可表示作为水位(H)的函数。一个双层迭代方案被用于求解饱和-非饱和水流模型,它包括应用有限单元法结合Picard迭代求解非线性的θ-模型、H-模型和应用Taylor级数逐步逼近非线性函数-θ(H,t)的两个迭代过程。算例结果表明:在模型功能方面,该方法实用性强,能够很好地描述饱和、非饱和带水量平衡,较好地反映含水量与地下水位的变化;在计算技术方面,方法思路清晰,求解过程易于程序实现,且两个层次的迭代都具有较快的收敛性。     

浅埋暗挖中洞法初期支护施工三维数值模拟

针对浅埋暗挖中洞法的施工特点,结合北京地铁四号线陶然亭站工程,利用有限元计算程序对其初期支护过程进行三维数值模拟,通过分析对比得出,模型地表沉降计算结果数据与现场实测数据变化趋势基本相似。     

黑河流域地下水流数值模拟的研究进展

地下水在黑河流域水文过程和水资源转化中发挥着重要的作用。近20年来,研究者们专门针对黑河流域提出了一批地下水的数值模拟模型。这些模型在结构上可分为单层平面模型、双层准三维模型和多层三维模型。对包气带、河流与泉、开采井、季节性冻融等关键因素,现有模型采取了相似或不同的刻画方法,取得了一定的进展。未来的黑河流域地下水模型应加强与地表水、土壤水、水利工程等关联模型的耦合。     

碾压混凝土拱坝诱导缝的半解析有限元计算

在碾压混凝土诱导缝缝端建立奇异超级解析单元，将该解析元与有限元相结合，在单裂纹平面半解析有限元基础上，建立了多裂纹平面半解析有限元程序，计算了碾压混凝土三点弯曲梁断裂参数和拱坝诱导缝等效强度随高程、缝大小和间距等的变化情况，并同其他文献结论和计算模型进行了对比和验证。     

遗传算法和高斯牛顿法联合反演地下水渗流模型参数

充分利用遗传算法善于进行全局搜索和高斯牛顿法善于进行局部搜索的优点,克服了两种方法各自的不足,用改进的遗传算法和高斯牛顿法联合反演地下水数值模型参数,首先用遗传算法求出地下水模型参数的初值,然后利用这组初值用高斯牛顿法进行数值模型参数的反演,并以非均质各向同性承压二维非稳定流动模型,结合有限元法讨论了用遗传算法和高斯牛顿法联合反演地下水数值模型参数的过程。计算结果表明,联合参数反演方法,具有收敛速度快、解的精度高的特点。     

裂隙网络模型在地下水数值模拟中的应用研究进展

地下水在裂隙介质中的渗流和运移过程与在多孔介质中的过程存在机理上的差别,这与裂隙系统的尺度效应和非均质性有关,这也给数值模拟带来困难。采用裂隙网络模型可以对发生在不同尺度上的渗流和运移过程进行模拟,从而有效地解决以上存在的问题。构建裂隙网络模型的方法主要有体视学方法和随机模拟方法。按照假设条件和概念框架的不同,裂隙网络模型主要可分为连续体模型、离散裂隙模型和混合模型,在应用过程中可根据研究区的实际情况选择合适的模型。本文在对已有成果进行综合论述的基础上,指出其中存在的不足和需要改进之处,从而为以后的进一步研究指明方向。