基于径向基函数神经网络模型对非饱和土参数的反演

通过建立考虑水气两相非饱和渗流的正演有限元模型,以归一化的数值模拟结果的出水时间为输入目标,以归一化的不同水平参数组合为输出目标,同时以归一化的模型试验结果为测试输入变量,利用径向基函数神经网络模型对不同压实系数下红层填料非饱和土参数进行了反演;并且利用反演的参数对不同压实下相对应初始饱和度数值模拟水渗出时间与实际水渗出时间进行了比较,证明了采用径向基函数神经网络模型对非饱和参数反演的可行性.     

基于TOUGH2和FLAC3D的流固弱耦合程序开发及验证

传统、新型岩土工程问题诸如压缩空气含水层储能、充气截排水技术、二氧化碳地质封存、油气地下储备工程等均涉及气水两相流与应力耦合.针对这一工程实际,根据非饱和土气水两相渗流-应力弱耦合理论,开发了基于TOUGH2与FLAC3D的气水两相渗流-应力耦合计算搭接程序.该计算程序能够较为真实地模拟气水两相渗流问题,能够探讨流动过程中气水的相互作用及其对过程的影响.程序考虑了气水两相渗流与土体骨架变形直接的相互作用,反映了这一过程中孔隙度、渗透率、毛管压力和土体物理力学参数的变化,实现了更为完善的气水两相渗流与应力弱耦合分析.通过与经典的排水试验和模型试验对比,验证了该程序可以较为准确地模拟气水两相流-应力之间的相互作用.     

常气压下非饱和土的一维瞬态渗流

为揭示非饱和土在气压作用下孔隙水的渗流特征,基于Darcy定律和饱和度与基质吸力、渗透系数之间的经验公式,建立了三轴试样在常气压时的孔压消散方程,基于差分原理建立了该非线性偏微分方程的求解方法.采用Wykeham Farrance三轴实验系统,利用轴平移技术进行了不同气压作用下非饱和土的失水实验.结合实验得到的参数和常规物理力学指标,对该高阶非线性偏微分方程进行了求解,并利用有限元软件对三轴试样在常气压作用下的瞬态渗流过程进行了模拟,将实验结果、偏微分方程数值解和有限元计算结果进行了对比分析.结果表明,实验数据、偏微分方程数值解和有限元计算结果三者吻合较好,所建立的偏微分方程能够刻画非饱和土在常气压力作用下的瞬态渗流过程.本项研究阐明了轴平移技术的物理本质,进一步完善了非饱和土实验理论.     

渗流计算的一种实用方法

对于有自由面的求取的渗流问题,介绍了一种可以不进行迭代求解渗流问题的自由面的新方法,并且采用常用的商用软件解决饱和非饱和渗流问题.将新的边界处理方法应用到多种材料的土石坝及坝基的渗流分析中,可以用一般的商用有限元软件进行饱和非饱和、稳定非稳定的渗流问题的计算,并结合某堤防工程进行稳定渗流分析,得到了较好的结果.     

土石坝渗流的流固耦合方法计算分析

采用有限元流固耦合方法对土石坝的非饱和渗流问题进行计算和分析,设定有限元模型的合理边界条件,计算了均质土石坝和非均质黏土心墙坝的渗流参数,得到了土石坝的渗透流量,绘制了孔隙水压力等值线图和浸润线。从计算结果可知,该方法对于黏土心墙坝适用性良好,计算结果准确。     

土水特征曲线为直线的非饱和土一维固结计算

基于Bishop有效应力原理,将土水特征曲线与固结方程相结合,提出土水特征曲线为简单直线型的非饱和土一维固结的计算方法.假定土体固结分为2个阶段:第一阶段为不排水、不排气阶段,土体的变形只是因为气体压缩所引起的;第二阶段为排水、排气阶段,土体的变形是因为孔隙水和孔隙气的排出而引起的.在此过程的基础上,建立并求解非饱和土一维固结方程,分析影响非饱和土一维固结的因素.影响非饱和土一维固结速率的最重要因素是孔隙流体的渗流路径.在相同边界条件下,非饱和土固结过程与饱和土固结过程中孔隙流体压力沿深度的分布随时间的变化规律相同.     

非饱和堆积土边坡降雨-渗流潜蚀耦合过程模拟

西部山区的松散堆积土是一种宽级配弱固结土,其内部细小颗粒易随降雨入渗在粗颗粒土骨架间孔隙发生迁移,改变土体水力特性,诱发堆积土边坡降雨失稳。为定量研究降雨作用下堆积体内在的渗流潜蚀耦合演进规律及其斜坡失稳机理,本文对降雨作用下非饱和堆积土边坡中坡体及孔隙尺寸的细颗粒迁移现象进行了分析概化,并基于多孔介质力学及混合物理论构建了描述非饱和堆积土中细颗粒侵蚀-运移-沉积全过程的渗流潜蚀模型。该模型被植入有限元程序,模拟了降雨作用下一维非饱和堆积土柱内部的渗流潜蚀耦合响应过程,并结合无限边坡模型定量分析了细颗粒迁移引发的土体渗透性、持水性及强度演化对非饱和堆积土边坡降雨入渗过程及稳定性的影响。通过数值模拟,本研究阐释了松散堆积土边坡中细颗粒迁移引发边坡局部土体渗透性变化,形成相对不透水层,诱发浅层坡体失稳现象的内在机理;并指出堆积土中细颗粒的侵蚀流失将减弱土体持水性及抗剪强度,加速边坡内的降雨-渗流潜蚀进程,加速边坡的浅层失稳。鉴于由降雨-渗流潜蚀过程引发的土体渗透性、持水性及强度演化均会对堆积土边坡稳定性造成不利影响,对松散堆积土边坡进行降雨稳定性分析时应充分考虑其内在的细颗粒迁移效应。     

非饱和堆积土边坡降雨–渗流潜蚀耦合过程模拟

西部山区的松散堆积土是一种宽级配弱固结土,其内部细小颗粒易随降雨入渗在粗颗粒土骨架间孔隙发生迁移,改变土体水力特性,诱发堆积土边坡降雨失稳。为定量研究降雨作用下堆积体内在的渗流潜蚀耦合演进规律及其斜坡失稳机理,对降雨作用下非饱和堆积土边坡中坡体及孔隙尺寸的细颗粒迁移现象进行了分析概化,并基于多孔介质力学及混合物理论构建了描述非饱和堆积土中细颗粒侵蚀—运移—沉积全过程的渗流潜蚀模型。该模型被植入有限元程序,模拟了降雨作用下1维非饱和堆积土柱内部的渗流潜蚀耦合响应过程,并结合无限边坡模型定量分析了细颗粒迁移引发的土体渗透性、持水性及强度演化对非饱和堆积土边坡降雨入渗过程及稳定性的影响。通过数值模拟,阐释了松散堆积土边坡中细颗粒迁移引发边坡局部土体渗透性变化,形成相对不透水层,诱发浅层坡体失稳现象的内在机理;并指出堆积土中细颗粒的侵蚀流失将减弱土体持水性及抗剪强度,加速边坡内的降雨–渗流潜蚀进程,加速边坡的浅层失稳。鉴于由降雨–渗流潜蚀过程引发的土体渗透性、持水性及强度演化均会对堆积土边坡稳定性造成不利影响,对松散堆积土边坡进行降雨稳定性分析时应充分考虑其内在的细颗粒迁移效应。     

降雨条件下非饱和土边坡流固耦合数值模拟

在传统的应力平衡方程基础上,结合岩土介质饱和-非饱和渗流理论,考虑边坡岩土体的非饱和性及渗透系数的非线性特征,建立了渗流场-应力场耦合方程,并将其时间、空间离散后得到增量形式的有限元方程组.结合数值算例,对降雨条件下非饱和土质边坡进行了流固耦合分析.研究结果可为降雨条件下边坡稳定性分析和滑坡预测提供技术支持.     

有水气井产能预测方法

存在边水、底水或层间水的气藏,在生产过程中容易出现气水两相流动。准确预测气水两相流动条件下的气井产能是气田高效开发的关键。基于稳态渗流理论和质量守恒原理,建立了有水气井气、水两相均服从达西渗流的产能方程和气相服从非达西渗流,水相服从达西渗流的产能方程以及气、水两相均服从非达西渗流的产能方程并给出了相应的求解方法。通过实例绘制3种产能方程在不同水气比下的流入动态曲线,分析气水两相的流动规律。     

节理裂隙岩体渗流与应力耦合分析

在总结已有的饱和非饱和渗流模型的基础上，把裂隙岩体看作是离散网络模型，分析研究了含节理裂隙岩体的非饱和渗流特性，建立了裂隙网络饱和非饱和渗流模型，并推导了控制方程．对节理裂隙岩体中外力对裂隙渗流的影响进行了分析研究，提出了渗流场—应力场耦合的分析模型，推导出三维应力与裂隙水压力共同作用下一组平行裂隙组的渗流应力耦合关系式。     

饱和—非饱和填埋场衬垫系统中水渗流规律的数值模拟

采用饱和—非饱和渗流场数学模型,通过室内试验测得的黏土渗透系数并运用数值模拟手段研究饱和—非饱和填埋场衬垫系统中水渗流规律。数值模拟结果分析表明：在饱和渗流场中水的运移速度明显大于处于非饱和状态下的运移速度,并导致在相同位置衬垫层处产生不同的压力水头,且随着时间的变化,非饱和渗流场下的压力水头远远小于饱和状态下的数值;此外,还验证了工程实际中采用渗透系数为10-7cm/s数量级黏土衬垫系统的合理性。该研究为分析渗滤液水分运移规律时采用非饱和渗流场提供理论数据,并验证所推荐的填埋场衬垫系统土工参数的正确性。     

基于非饱和大孔隙流双重介质模型的浸水边坡水力响应数值模拟

受地形限制,大量公路、铁路等常出现沿库与沿河线,水位变化是引起库岸滑坡的重要因素。目前边坡渗流研究多集中在非饱和均匀流,对大孔隙边坡非平衡流方面研究仍显滞后。为此,以福建省某一典型库区边坡为例,对比了水位上升时考虑非饱和渗流和非饱和大孔隙流时边坡水分场和稳定系数随时间的变化规律,并分析了水位上升速率（v）、大孔隙域水力传导系数（Ksf）、两域交界处水力传导系数（Ksa）、土粒中心至大孔隙边界距离（a）、大孔隙体积占比（wf）等对大孔隙边坡稳定系数的影响规律及权重。研究结果表明：水位上升中,非饱和渗流下边坡内部基质域含水率明显小于非饱和大孔隙渗流下边坡内部基质域含水率。非饱和渗流条件下边坡浅层向内的水力坡度明显大于非饱和大孔隙流边坡且大孔隙边坡中相同位置基质域含水率远大于大孔隙域（最大达18.9倍）。两种渗流工况下,边坡稳定系数随水位上升均呈现先减小后增大的趋势,并于同一水位（在最高蓄水位高程的一半附近）同时达到最小值。相同渗流工况下,且考虑非饱和大孔隙渗流边坡比考虑非饱和渗流边坡稳定系数更小。增加v、Ksf、a、wf或减少Ksa,坡内两域间水分交换减弱,水分将快速运移至坡体深处,引起地下水位上升,促使边坡稳定性最大降幅达17.7％。v、Ksf和wf对边坡稳定影响占权重较大且相当,Ksa和a所占权重较小且约为前者一半。     

Seepage Anisotropy of Heterogeneous Body

Ore dumps are heterogeneous bodies with anisotropic seepage characteristics because of the ore segregation.In an indoor experiment, a dump was constructed with three strata, where the horizontal and vertical seepage experiments were carried out.Horizontals flow are regarded as phreatic plan flows without penetration.Its seepage law satifies the Dupuit equation.With parallel lay seepage model, the equivalent seepage coefficient in the horizontal flow was obtained and was equivalent to the weighted mean of the seepage coefficient of each stratum.An unsaturated flow appeared in the vertical experiment, with a hydraulic gradient of 1.The vertical flow was equivalent to the seepage model that moved in vertical bedding; its equivalent seepage coefficient depended on the stratum with the minimum seepage coefficient.That the experiment showed clear anisotropy in a heterogeneous body was obvious with an anisotropic coefficient between 63 and 155, which is 25 to 100 times larger than that of a homogeneous body.     

降雨对乐清市久安塘海堤稳定的影响分析

结合浙江东部沿海堤塘安全分析的一个实例,分析雨水或越浪量下渗对海堤稳定的影响,并通过饱和非饱和/非稳定渗流分析数学模型开展堤身不同土饱和度对海堤渗流稳定的影响分析,分析显示海堤土的初始饱和度对海堤渗流影响大,初始饱和度大的海堤在高潮位作用下可以很快形成较高较陡的浸润线,当堤身土体防渗性能差时很容易造成渗透破坏.     

渗漏对非饱和膨胀土地基变形的影响

渗漏会引起非饱和膨胀土地基中的水分迁移,由此导致工程病害。目前对渗水增湿过程及增湿变形尚难预测。首先对膨胀土地基渗水增湿过程进行理论分析,针对地基渗水增湿的变形过程,建立了二维膨胀土积水入渗模型,该模型揭示了膨胀土地基非饱和增湿过程。经计算得到膨胀土地基含水量变化后,根据含水量的变化,选择分层总和法计算膨胀土增湿变形量。通过分析增湿过程中膨胀土的变形特性,得到了膨胀土在逐级增湿时的变形发展过程。并经实例计算,验证了入渗增湿计算模型及增湿变形计算方法的可行性和合理性。     

岩土体内降雨非饱和入渗问题研究

讨论了降雨非饱和入渗机理、计算分析及其工程应用方面所取得的成就和存在的问题。其中包括了降雨入渗机理模型、土-水特征曲线、降雨非饱和数值计算等方面的研究。另外就降雨入渗诱发滑坡问题的应用进行了简单的探讨,并指出了目前应用中存在的问题和新的研究方向。研究结果表明,进一步发展降雨非饱和入渗理论研究及其计算方法对完善非饱和入渗理论和解决由降雨入渗引起的地质灾害工程问题有着重要的意义。     

各向异性复杂地质体内渗流场模拟分析

基于饱和非饱和渗流理论,针对各向异性复杂地质体内渗流场问题进行模拟分析。以阜新某矿典型的褶曲状地质结构为研究背景,应用克立格插值法对地质模型进行三维构建,并在此模型的基础上模拟分析了渗透系数主方向与整体坐标系成不同角度时,压力梯度在地质体内的变化情况。研究结果表明在90°时压力梯度最大,地质体的结构及地层的走向是决定渗流场内压力梯度等值线的走向和疏密程度的关键因素。     

岩质边坡在降雨条件下的稳定性分析

雨水入渗改变了岩质边坡非饱和区渗流场的分布,是引发边坡滑坡的主要因素之一.在极限平衡理论和非饱和土抗剪强度理论基础上,引入了渗透力的概念,利用有限单元法进行了降雨条件下岩质边坡稳定性的分析.最后,利用编制的边坡稳定程序进行了算例分析,结果表明,岩体边坡的稳定安全系数随着雨水的不断渗入在逐渐地降低,即降雨入渗对边坡的稳定具有不利影响.     

单相-两相自然循环过渡点的实验研究

针对闭合回路自然循环单相一两相流动的过渡特性进行实验研究,结果表明自然循环流动由单相向两相过渡过程中,流量随入口温度的变化曲线存在明显的拐点,经理论分析,运用Levy模型和Saha-Zuber模型验证,证实拐点为自然循环过冷沸腾净蒸汽产生点,即单相和两相的过渡点;过渡点两侧自然循环流动的流量与入口温度呈不同的线性关系,体现了单相和两相流动的差异,净蒸汽的产生大幅度提高自然循环能力。